Fiecare persoană care se familiarizează cu astronomia mai devreme sau mai târziu experimentează o curiozitate puternică cu privire la cele mai misterioase obiecte ale Universului - găurile negre. Aceștia sunt adevărați domni ai întunericului, capabili să „înghită” orice atom care trece prin apropiere și să nu permită nici măcar luminii să scape - atracția lor este atât de puternică. Aceste obiecte reprezintă o adevărată provocare pentru fizicieni și astronomi. Primii nu pot înțelege încă ce se întâmplă cu materia care a căzut în interiorul găurii negre, iar cei din urmă, deși explică fenomenele cele mai consumatoare de energie din spațiu prin existența găurilor negre, nu au avut niciodată ocazia să observe niciunul dintre ele. direct. Vă vom povesti despre aceste obiecte cerești interesante, vom afla ce a fost deja descoperit și ce rămâne de învățat pentru a ridica vălul secretului.

Ce este o gaură neagră?

Denumirea „gaura neagră” (în engleză - gaură neagră) a fost propusă în 1967 de către fizicianul teoretician american John Archibald Wheeler (vezi fotografia din stânga). A servit la desemnarea unui corp ceresc, a cărui atracție este atât de puternică încât nici măcar lumina nu se lasă de la sine. De aceea este „negru” pentru că nu emite lumină.

Observații indirecte

Acesta este motivul unui astfel de mister: deoarece găurile negre nu strălucesc, nu le putem vedea direct și suntem forțați să le căutăm și să le studiem folosind doar dovezi indirecte că existența lor lasă în spațiul înconjurător. Cu alte cuvinte, dacă o gaură neagră învăluie o stea, nu putem vedea gaura neagră, dar putem observa efectele devastatoare ale câmpului său gravitațional puternic.

Intuiția lui Laplace

Deși expresia „gaura neagră” pentru a desemna stadiul final ipotetic al evoluției unei stele care s-a prăbușit în sine sub influența gravitației este relativ recentă, ideea posibilității existenței unor astfel de corpuri a apărut mai mult de două cu secole în urmă. Englezul John Michell și francezul Pierre-Simon de Laplace au emis independent ipoteza existenței „stelelor invizibile”; în același timp, se bazau pe legile obișnuite ale dinamicii și legea gravitației universale a lui Newton. Astăzi, găurile negre au primit descrierea corectă bazată pe teoria generală a relativității a lui Einstein.

În lucrarea sa „Exposition of the System of the World” (1796), Laplace a scris: „O stea strălucitoare de aceeași densitate ca Pământul, cu un diametru de 250 de ori mai mare decât diametrul Soarelui, ar fi, datorită gravitației sale. atracție, împiedicați razele de lumină să ajungă la noi. Prin urmare, este posibil ca cele mai mari și mai strălucitoare corpuri cerești să fie invizibile din acest motiv.”

Gravitația invincibilă

Ideea lui Laplace s-a bazat pe conceptul de viteză de evacuare (a doua viteză cosmică). O gaură neagră este un obiect atât de dens încât gravitația sa poate reține chiar și lumina, care dezvoltă cea mai mare viteză din natură (aproape 300.000 km/s). În practică, evadarea dintr-o gaură neagră necesită viteze mai mari decât viteza luminii, dar acest lucru este imposibil!

Aceasta înseamnă că o stea de acest fel va fi invizibilă, deoarece nici măcar lumina nu va putea depăși gravitația sa puternică. Einstein a explicat acest fapt prin fenomenul de curbare a luminii sub influența unui câmp gravitațional. În realitate, lângă o gaură neagră, spațiu-timp este atât de curbat încât traiectoriile razelor de lumină se închid și pe ele însele. Pentru a transforma Soarele într-o gaură neagră, va trebui să-i concentrăm toată masa într-o bilă cu raza de 3 km, iar Pământul va trebui să se transforme într-o bilă cu raza de 9 mm!

Tipuri de găuri negre

În urmă cu aproximativ zece ani, observațiile sugerau existența a două tipuri de găuri negre: stelare, a căror masă este comparabilă cu masa Soarelui sau o depășește ușor și supermasivă, a căror masă variază de la câteva sute de mii la multe milioane de mase solare. . Cu toate acestea, relativ recent, imagini cu raze X și spectre rezoluție înaltă, primit de la sateliți artificiali precum „Chandra” și „XMM-Newton”, au adus în prim-plan al treilea tip de gaură neagră - cu o masă medie care depășește de mii de ori masa Soarelui.

Găuri negre stelare

Găurile negre stelare au devenit cunoscute mai devreme decât altele. Ele se formează atunci când o stea de masă mare, la sfârșitul căii sale evolutive, își epuizează rezervele de combustibil nuclear și se prăbușește în sine din cauza propriei gravitații. O explozie care scutură o stea (acest fenomen este cunoscut sub numele de „explozie de supernovă”) are consecințe catastrofale: dacă nucleul stelei este de peste 10 ori masa Soarelui, nicio forță nucleară nu poate rezista colapsului gravitațional care va avea ca rezultat crearea unei găuri negre.

Găuri negre supermasive

Găurile negre supermasive, observate pentru prima dată în nucleele unor galaxii active, au o origine diferită. Există mai multe ipoteze cu privire la nașterea lor: o gaură neagră stelară, care de-a lungul a milioane de ani devorează toate stelele din jurul ei; un grup de găuri negre care se îmbină; un nor colosal de gaz care se prăbușește direct într-o gaură neagră. Aceste găuri negre sunt printre cele mai energice obiecte din spațiu. Ele sunt situate în centrul multor, dacă nu a tuturor, galaxiilor. Galaxy noastră are și o astfel de gaură neagră. Uneori, din cauza prezenței unei astfel de găuri negre, nucleele acestor galaxii devin foarte strălucitoare. Galaxiile cu găuri negre în centru, înconjurate de cantități mari de materie în cădere și, prin urmare, capabile să producă cantități colosale de energie, sunt numite „active”, iar nucleele lor sunt numite „nuclee galactice active” (AGN). De exemplu, quasarii (cei mai îndepărtați de noi obiecte spațiale, accesibile observației noastre) sunt galaxii active în care vedem doar un nucleu foarte luminos.

Mediu și mini

Un alt mister rămân găurile negre de masă medie, care, potrivit cercetărilor recente, ar putea fi în centrul unor clustere globulare, precum M13 și NCC 6388. Mulți astronomi sunt sceptici cu privire la aceste obiecte, dar unele cercetări noi sugerează prezența găuri negre de dimensiuni medii chiar și în apropierea centrului galaxiei noastre. Fizicianul englez Stephen Hawking a prezentat și o presupunere teoretică despre existența unui al patrulea tip de găuri negre - o „mini-găură” cu o masă de doar un miliard de tone (care este aproximativ egală cu masa unui munte mare). Este vorba despre despre obiectele primare, adică cele apărute în primele momente ale vieții Universului, când presiunea era încă foarte mare. Cu toate acestea, nici măcar o urmă a existenței lor nu a fost încă descoperită.

Cum să găsești o gaură neagră

Cu doar câțiva ani în urmă, o lumină sa aprins peste găurile negre. Datorită îmbunătățirii constante a instrumentelor și tehnologiilor (atât terestre, cât și spațiale), aceste obiecte devin din ce în ce mai puțin misterioase; mai exact, spațiul care le înconjoară devine mai puțin misterios. De fapt, deoarece gaura neagră în sine este invizibilă, o putem recunoaște doar dacă este înconjurată de suficientă materie (stele și gaz fierbinte) care orbitează în jurul ei la o distanță mică.

Vizionarea sistemelor binare

Unele găuri negre stelare au fost descoperite prin observarea mișcării orbitale a unei stele în jurul unui însoțitor nevăzut într-un sistem binar. Sistemele binare apropiate (adică formate din două stele foarte apropiate una de cealaltă), în care unul dintre însoțitori este invizibil, sunt obiectul preferat de observație pentru astrofizicienii care caută găuri negre.

Un indiciu al prezenței unei găuri negre (sau stele de neutroni) este emisia puternică de raze X cauzată de un mecanism complex care poate fi descris schematic după cum urmează. Datorită gravitației sale puternice, o gaură neagră poate smulge materia din steaua ei însoțitoare; acest gaz se răspândește într-un disc plat și coboară în spirală în gaura neagră. Frecarea rezultată din ciocnirile dintre particulele de gaz în cădere încălzește straturile interioare ale discului la câteva milioane de grade, ceea ce provoacă radiații puternice de raze X.

Observații cu raze X

Observațiile cu raze X ale obiectelor din galaxia noastră și galaxiile învecinate, efectuate timp de câteva decenii, au făcut posibilă detectarea surselor binare compacte, dintre care aproximativ o duzină sunt sisteme care conțin candidați pentru găuri negre. Problema principală este determinarea masei unui corp ceresc invizibil. Masa (deși nu foarte precisă) poate fi găsită prin studierea mișcării însoțitorului sau, mult mai dificil, prin măsurarea intensității radiației cu raze X a materialului în cădere. Această intensitate este legată printr-o ecuație de masa corpului pe care cade această substanță.

laureat Nobel

Ceva similar se poate spune și despre găurile negre supermasive observate în nucleele multor galaxii, ale căror mase sunt estimate prin măsurarea vitezelor orbitale ale gazului care intră în gaura neagră. În acest caz, cauzat de câmpul gravitațional puternic al unui obiect foarte mare, o creștere rapidă a vitezei norilor de gaz care orbitează în centrul galaxiilor este detectată prin observații în domeniul radio, precum și în razele optice. Observațiile în intervalul de raze X pot confirma eliberarea crescută de energie cauzată de materia care cade în gaura neagră. Cercetarea cu raze X a fost începută la începutul anilor 1960 de italianul Riccardo Giacconi, care a lucrat în SUA. Premiul său Nobel din 2002 a recunoscut „contribuțiile sale de pionierat la astrofizică care au condus la descoperirea surselor de raze X în spațiu”.

Cygnus X-1: primul candidat

Galaxia noastră nu este imună la prezența obiectelor de găuri negre candidate. Din fericire, niciunul dintre aceste obiecte nu este suficient de aproape de noi pentru a reprezenta o amenințare pentru existența Pământului sau a sistemului solar. În ciuda număr mare surse compacte de raze X marcate (care sunt cele mai probabile candidați pentru găuri negre), nu avem încredere că acestea conțin de fapt găuri negre. Singurul dintre aceste surse care nu are versiune alternativă, este sistemul binar apropiat Cygnus X-1, adică cea mai strălucitoare sursă de radiație cu raze X, din constelația Cygnus.

Stele masive

Acest sistem, a cărui perioadă orbitală este de 5,6 zile, constă dintr-o stea albastră foarte strălucitoare de dimensiuni mari (diametrul său este de 20 de ori mai mare decât cel al Soarelui, iar masa sa este de aproximativ 30 de ori mai mare), ușor vizibilă chiar și cu telescopul dvs. a doua stea invizibilă, a cărei masă este estimată la mai multe mase solare (până la 10). Situată la 6.500 de ani lumină distanță, a doua stea ar fi perfect vizibilă dacă ar fi o stea obișnuită. Invizibilitatea sa, emisia puternică de raze X produsă de sistem și, în cele din urmă, estimarea masei îi fac pe majoritatea astronomilor să creadă că aceasta este prima descoperire confirmată a unei găuri negre stelare.

Îndoieli

Cu toate acestea, există și sceptici. Printre ei se numără unul dintre cei mai mari cercetători ai găurilor negre, fizicianul Stephen Hawking. A făcut chiar un pariu cu colegul său american Keel Thorne, un susținător înfocat al clasificării obiectului Cygnus X-1 drept gaură neagră.

Dezbaterea asupra identității obiectului Cygnus X-1 nu este singurul pariu al lui Hawking. După ce și-a dedicat câțiva nouă ani studiilor teoretice ale găurilor negre, el a devenit convins de eroarea ideilor sale anterioare despre aceste obiecte misterioase, în special, Hawking a presupus că materia, după ce a căzut într-o gaură neagră, dispare pentru totdeauna și, odată cu ea, toate. bagajele sale informative dispar. Era atât de sigur de asta încât a făcut un pariu pe această temă în 1997 împreună cu colegul său american John Preskill.

Recunoașterea unei greșeli

Pe 21 iulie 2004, în discursul său la Congresul pentru teoria relativității de la Dublin, Hawking a recunoscut că Preskill avea dreptate. Găurile negre nu duc la dispariția completă a materiei. Mai mult, au un anumit tip de „memorie”. Ele pot conține urme din ceea ce au consumat. Astfel, prin „evaporare” (adică emitând lent radiații datorită efectului cuantic), ei pot returna aceste informații Universului nostru.

Găuri negre în galaxie

Astronomii încă mai au multe îndoieli cu privire la prezența găurilor negre stelare (cum ar fi cea aparținând sistemului binar Cygnus X-1) în Galaxia noastră; dar există mult mai puține îndoieli cu privire la găurile negre supermasive.

În centru

Galaxia noastră are cel puțin o gaură neagră supermasivă. Sursa sa, cunoscută sub numele de Săgetător A*, este localizată cu precizie în centrul planului Căii Lactee. Numele său este explicat prin faptul că este cea mai puternică sursă radio din constelația Săgetător. În această direcție se află atât centrii geometrici, cât și cei fizici ai sistemului nostru galactic. Situată la aproximativ 26.000 de ani lumină distanță, gaura neagră supermasivă asociată sursei de unde radio Sagittarius A* are o masă estimată la aproximativ 4 milioane de mase solare, conținută într-un spațiu al cărui volum este comparabil cu volumul sistemului solar. Apropierea sa relativă de noi (această gaură neagră supermasivă este fără îndoială cea mai apropiată de Pământ) a cauzat ultimii ani obiectul a fost supus unui studiu deosebit de aprofundat folosind observatorul spațial Chandra. S-a dovedit, în special, că este și o sursă puternică de radiație cu raze X (dar nu la fel de puternică ca sursele din nucleele galactice active). Săgetătorul A* poate fi o rămășiță latentă a ceea ce a fost nucleul activ al galaxiei noastre cu milioane sau miliarde de ani în urmă.

A doua gaură neagră?

Cu toate acestea, unii astronomi cred că există o altă surpriză în Galaxia noastră. Vorbim despre o a doua gaură neagră de masă medie, care ține împreună un grup de stele tinere și le împiedică să cadă într-o gaură neagră supermasivă situată în centrul Galaxy însăși. Cum se poate ca la o distanță de mai puțin de un an lumină de el să existe un grup de stele care are abia 10 milioane de ani, adică, după standardele astronomice, foarte tânăr? Potrivit cercetătorilor, răspunsul este că clusterul nu s-a născut acolo (mediul din jurul găurii negre centrale este prea ostil pentru formarea stelelor), ci a fost „tras” acolo datorită existenței unei a doua găuri negre în interiorul său, care are o masă medie.

Pe orbită

Stele individuale din cluster, atrase de gaura neagră supermasivă, au început să se deplaseze spre centrul galactic. Cu toate acestea, în loc să se împrăștie în spațiu, ele rămân adunate împreună datorită atracției gravitaționale a unei a doua găuri negre situate în centrul clusterului. Masa acestei găuri negre poate fi estimată pe baza capacității sale de a ține un întreg grup de stele în lesă. O gaură neagră de dimensiuni medii se pare că durează aproximativ 100 de ani să orbiteze în jurul găurii negre centrale. Aceasta înseamnă că observațiile pe termen lung de mai mulți ani ne vor permite să o „vedem”.

Universul nemărginit este plin de secrete, ghicitori și paradoxuri. Chiar dacă stiinta moderna a făcut un salt uriaș înainte în explorarea spațiului, multe în această lume vastă rămân de neînțeles pentru viziunea umană asupra lumii. Știm multe despre stele, nebuloase, clustere și planete. Cu toate acestea, în vastitatea Universului există obiecte despre a căror existență o putem doar ghici. De exemplu, știm foarte puține despre găurile negre. Informațiile de bază și cunoștințele despre natura găurilor negre se bazează pe presupuneri și presupuneri. Astrofizicienii și oamenii de știință nucleari se luptă cu această problemă de zeci de ani. Ce este o gaură neagră în spațiu? Care este natura unor astfel de obiecte?

Vorbind despre găurile negre în termeni simpli

Pentru a vă imagina cum arată o gaură neagră, vedeți doar coada unui tren care intră într-un tunel. Semnalizatoarele de pe ultimul vagon vor scădea în dimensiune pe măsură ce trenul se adâncește în tunel până când vor dispărea complet din vedere. Cu alte cuvinte, acestea sunt obiecte în care, din cauza gravitației monstruoase, chiar și lumina dispare. Particulele elementare, electronii, protonii și fotonii nu sunt capabili să depășească bariera invizibilă și să cadă în abisul negru al neantului, motiv pentru care o astfel de gaură în spațiu este numită neagră. Nu există nici cea mai mică zonă de lumină în interiorul ei, întuneric complet și infinit. Ce se află de cealaltă parte a găurii negre este necunoscut.

Acest aspirator spațial are o forță gravitațională colosală și este capabil să absoarbă o întreagă galaxie cu toate clusterele și superclusterele de stele, cu nebuloase și materie întunecată. Cum este posibil acest lucru? Putem doar ghici. Legile fizicii cunoscute de noi în acest caz explodează și nu oferă o explicație pentru procesele care au loc. Esența paradoxului este că într-o anumită parte a Universului interacțiunea gravitațională a corpurilor este determinată de masa lor. Procesul de absorbție de către un obiect al altuia nu este influențat de compoziția lor calitativă și cantitativă. Particulele, care au atins un număr critic într-o anumită zonă, intră într-un alt nivel de interacțiune, unde forțele gravitaționale devin forțe de atracție. Un corp, obiect, substanță sau materie începe să se comprime sub influența gravitației, atingând o densitate colosală.

Procese aproximativ similare au loc în timpul formării unei stele neutronice, unde materia stelară este comprimată în volum sub influența gravitației interne. Electronii liberi se combină cu protonii pentru a forma particule neutre din punct de vedere electric - neutroni. Densitatea acestei substanțe este enormă. O particulă de materie de mărimea unei bucăți de zahăr rafinat cântărește miliarde de tone. Aici ar fi potrivit să ne amintim teoria generală a relativității, unde spațiul și timpul sunt mărimi continue. În consecință, procesul de compresie nu poate fi oprit la jumătate și, prin urmare, nu are limită.

Potențial, o gaură neagră arată ca o gaură în care poate exista o tranziție de la o parte a spațiului la alta. În același timp, proprietățile spațiului și ale timpului în sine se schimbă, răsucindu-se într-o pâlnie spațiu-timp. Ajungând la fundul acestei pâlnii, orice materie se dezintegrează în cuante. Ce este de cealaltă parte a găurii negre, această gaură uriașă? Poate că există un alt spațiu acolo unde se aplică alte legi și timpul curge în direcția opusă.

În contextul teoriei relativității, teoria unei găuri negre arată așa. Punctul din spațiu în care forțele gravitaționale au comprimat orice materie la dimensiuni microscopice are o forță de atracție colosală, a cărei mărime crește la infinit. Apare un pliu de timp, iar spațiul se îndoaie, închizându-se la un moment dat. Obiectele înghițite de o gaură neagră nu sunt capabile să reziste în mod independent forței de tragere a acestui monstruos aspirator. Chiar și viteza luminii, pe care o posedă cuantele, nu permite particulelor elementare să depășească forța gravitației. Orice corp care ajunge într-un astfel de punct încetează să mai fie un obiect material, contopindu-se cu o bulă spațiu-timp.

Găuri negre din punct de vedere științific

Dacă te întrebi cum se formează găurile negre? Nu va exista un răspuns clar. Există destul de multe paradoxuri și contradicții în Univers care nu pot fi explicate din punct de vedere științific. Teoria relativității a lui Einstein permite doar o explicație teoretică a naturii unor astfel de obiecte, dar mecanica cuantică și fizica tac în acest caz.

Încercând să explice procesele care au loc cu legile fizicii, imaginea va arăta astfel. Un obiect format ca rezultat al compresiei gravitaționale colosale a unui corp cosmic masiv sau supramasiv. Acest proces are un nume științific - colapsul gravitațional. Termenul „gaură neagră” a fost auzit pentru prima dată în comunitatea științifică în 1968, când astronomul și fizicianul american John Wheeler a încercat să explice starea colapsului stelar. Potrivit teoriei sale, în locul unei stele masive care a suferit un colaps gravitațional, apare un decalaj spațial și temporal, în care operează o compresie din ce în ce mai mare. Tot ceea ce a fost făcută steaua merge în sine.

Această explicație ne permite să concluzionam că natura găurilor negre nu este în niciun fel legată de procesele care au loc în Univers. Tot ceea ce se întâmplă în interiorul acestui obiect nu se reflectă în niciun fel în spațiul înconjurător cu un „DAR”. Forța gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât îndoaie spațiul, determinând rotirea galaxiilor în jurul găurilor negre. În consecință, motivul pentru care galaxiile iau forma de spirale devine clar. Nu se știe cât va dura până când imensa galaxie Calea Lactee va dispărea în abisul unei găuri negre supermasive. Un fapt interesant este că găurile negre pot apărea oriunde în spațiul cosmic, unde sunt create în acest scop. conditii ideale. Un astfel de pliu de timp și spațiu neutralizează vitezele enorme cu care stelele se rotesc și se deplasează prin spațiul galaxiei. Timpul într-o gaură neagră curge într-o altă dimensiune. În această regiune, nicio lege a gravitației nu poate fi interpretată în termeni fizici. Această stare se numește o singularitate a găurii negre.

Găurile negre nu prezintă niciun semn de identificare externă; existența lor poate fi judecată după comportamentul celorlalți obiecte spațiale, care sunt afectate de câmpurile gravitaționale. Întreaga imagine a unei lupte pe viață și pe moarte are loc la marginea unei găuri negre, care este acoperită cu o membrană. Această suprafață imaginară a pâlniei este numită „orizont de evenimente”. Tot ceea ce vedem până la această graniță este tangibil și material.

Scenarii de formare a găurilor negre

Dezvoltând teoria lui John Wheeler, putem concluziona că misterul găurilor negre nu este cel mai probabil în procesul de formare. Formarea unei găuri negre are loc ca urmare a prăbușirii unei stele neutronice. În plus, masa unui astfel de obiect ar trebui să depășească masa Soarelui de trei sau mai multe ori. Steaua neutronică se micșorează până când propria sa lumină nu mai poate scăpa de îmbrățișarea strânsă a gravitației. Există o limită a dimensiunii la care o stea se poate micșora, dând naștere unei găuri negre. Această rază se numește rază gravitațională. Stelele masive aflate în stadiul final al dezvoltării lor ar trebui să aibă o rază gravitațională de câțiva kilometri.

Astăzi, oamenii de știință au obținut dovezi indirecte ale prezenței găurilor negre într-o duzină de stele binare cu raze X. Stelele cu raze X, pulsarii sau exploziile nu au o suprafață solidă. În plus, masa lor este mai mare decât masa a trei Sori. Starea actuală spațiul cosmic din constelația Cygnus - steaua cu raze X Cygnus X-1, ne permite să urmărim procesul de formare a acestor obiecte curioase.

Pe baza cercetărilor și a presupunerilor teoretice, astăzi în știință există patru scenarii pentru formarea stelelor negre:

• colapsul gravitațional al unei stele masive în stadiul final al evoluției sale;
• colapsul regiunii centrale a galaxiei;
• formarea găurii negre în proces big bang;
• formarea găurilor negre cuantice.

Primul scenariu este cel mai realist, dar numărul de stele negre cu care suntem familiarizați astăzi depășește numărul de stele neutronice cunoscute. Iar vârsta Universului nu este atât de mare încât un astfel de număr de stele masive ar putea trece prin întregul proces de evoluție.

Al doilea scenariu are dreptul la viață și există un exemplu izbitor în acest sens - gaura neagră supermasivă Săgetător A*, amplasată în centrul galaxiei noastre. Masa acestui obiect este de 3,7 mase solare. Mecanismul acestui scenariu este similar cu cel al colapsului gravitațional, cu singura diferență că nu steaua se prăbușește, ci gazul interstelar. Sub influența forțelor gravitaționale, gazul este comprimat la o masă și densitate critice. Într-un moment critic, materia se dezintegrează în cuante, formând o gaură neagră. Cu toate acestea, această teorie este pusă la îndoială, deoarece recent astronomii de la Universitatea Columbia au identificat sateliți ai găurii negre Sagittarius A*. S-au dovedit a fi multe găuri negre mici, care probabil s-au format într-un mod diferit.

Al treilea scenariu este mai teoretic și este asociat cu existența teoriei Big Bang. În momentul formării Universului, o parte din materie și câmpurile gravitaționale au suferit fluctuații. Cu alte cuvinte, procesele au luat o cale diferită, fără legătură cu procesele cunoscute ale mecanicii cuantice și fizicii nucleare.

Ultimul scenariu se concentrează pe fizica unei explozii nucleare. În aglomerări de materie, în timpul reacțiilor nucleare sub influența forțelor gravitaționale, are loc o explozie, în locul ei se formează o gaură neagră. Materia explodează spre interior, absorbind toate particulele.

Existența și evoluția găurilor negre

Având o idee aproximativă despre natura unor astfel de obiecte spațiale ciudate, altceva este interesant. Care sunt adevăratele dimensiuni ale găurilor negre și cât de repede cresc ele? Dimensiunile găurilor negre sunt determinate de raza lor gravitațională. Pentru găurile negre, raza găurii negre este determinată de masa sa și se numește raza Schwarzschild. De exemplu, dacă un obiect are o masă egală cu masa planetei noastre, atunci raza Schwarzschild în acest caz este de 9 mm. Lumina noastră principală are o rază de 3 km. Densitate medie o gaură neagră formată în locul unei stele cu o masă de 10⁸ mase solare va fi apropiată de densitatea apei. Raza unei astfel de formațiuni va fi de 300 de milioane de kilometri.

Este probabil ca astfel de găuri negre uriașe să fie situate în centrul galaxiilor. Până în prezent, sunt cunoscute 50 de galaxii, în centrul cărora se află uriașe puțuri temporale și spațiale. Masa acestor giganți este de miliarde din masa Soarelui. Nu vă puteți imagina decât ce forță de atracție colosală și monstruoasă are o astfel de gaură.

În ceea ce privește găurile mici, acestea sunt mini-obiecte, a căror rază atinge valori neglijabile, doar 10¯¹² cm Masa unor astfel de firimituri este de 10¹⁴g. Astfel de formațiuni au apărut în timpul Big Bang-ului, dar în timp au crescut în dimensiune și astăzi se etalează în spațiul cosmic ca niște monștri. Oamenii de știință de astăzi încearcă să recreeze condițiile în care s-au format mici găuri negre în condiții terestre. În aceste scopuri, experimentele sunt efectuate în colisionare de electroni, prin care particulele elementare sunt accelerate la viteza luminii. Primele experimente au făcut posibilă obținerea conditii de laborator plasmă cuarc-gluon - materie care a existat în zorii formării Universului. Astfel de experimente ne permit să sperăm că o gaură neagră pe Pământ este doar o chestiune de timp. Un alt lucru este dacă o astfel de realizare a științei umane nu se va transforma într-un dezastru pentru noi și pentru planeta noastră. Prin crearea unei găuri negre artificiale, putem deschide cutia Pandorei.

Observațiile recente ale altor galaxii au permis oamenilor de știință să descopere găuri negre ale căror dimensiuni depășesc toate așteptările și presupunerile imaginabile. Evoluția care are loc cu astfel de obiecte ne permite să înțelegem mai bine de ce crește masa găurilor negre și care este limita sa reală. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că toate găurile negre cunoscute au crescut la dimensiunea lor reală în 13-14 miliarde de ani. Diferența de mărime se explică prin densitatea spațiului înconjurător. Dacă o gaură neagră are suficientă hrană la îndemâna forțelor sale gravitaționale, ea crește treptat, atingând o masă de sute sau mii de mase solare. De aici și dimensiunea gigantică a unor astfel de obiecte situate în centrul galaxiilor. Un grup masiv de stele, mase uriașe de gaz interstelar oferă hrană abundentă pentru creștere. Când galaxiile se îmbină, găurile negre se pot îmbina pentru a forma un nou obiect supermasiv.

Judecând după analiza proceselor evolutive, se obișnuiește să se distingă două clase de găuri negre:

• obiecte cu o masă de 10 ori masa solară;
• obiecte masive a căror masă este de sute de mii, miliarde de mase solare.

Există găuri negre cu o masă medie intermediară egală cu 100-10 mii de mase solare, dar natura lor rămâne încă necunoscută. Există aproximativ un astfel de obiect pe galaxie. Studiul stelelor cu raze X a făcut posibilă găsirea a două găuri negre de masă medie la o distanță de 12 milioane de ani lumină în galaxia M82. Masa unui obiect variază în intervalul 200-800 de mase solare. Celălalt obiect este mult mai mare și are o masă de 10-40 mii de mase solare. Soarta unor astfel de obiecte este interesantă. Sunt situate în apropierea clusterelor stelare, fiind atrase treptat de gaura neagră supermasivă situată în partea centrală a galaxiei.

Planeta noastră și găurile negre

În ciuda căutării de indicii despre natura găurilor negre, lumea științifică este preocupată de locul și rolul găurii negre în soarta galaxiei Calea Lactee și, în special, în soarta planetei Pământ. Un pliu de timp și spațiu care există în centru calea lactee, absoarbe treptat toate obiectele existente în jur. Milioane de stele și trilioane de tone de gaz interstelar au fost deja înghițite în gaura neagră. În timp, va veni rândul brațelor Lebădă și Săgetător, în care există sistem solar, după ce a parcurs o distanță de 27 de mii de ani lumină.

Cealaltă gaură neagră supermasivă cea mai apropiată este situată în partea centrală a galaxiei Andromeda. Este la aproximativ 2,5 milioane de ani lumină de noi. Probabil, înainte ca obiectul nostru Săgetător A* să-și înghită propria galaxie, ar trebui să ne așteptăm la o fuziune a două galaxii învecinate. În consecință, două găuri negre supermasive se vor contopi într-una singură, teribilă și monstruoasă ca dimensiune.

Găurile negre mici sunt o chestiune complet diferită. Pentru a înghiți planeta Pământ, este suficientă o gaură neagră cu o rază de câțiva centimetri. Problema este că, prin natura sa, o gaură neagră este un obiect complet fără chip. Nicio radiație sau radiație nu emană din burtă, așa că este destul de greu să observi un obiect atât de misterios. Doar la distanță apropiată puteți detecta îndoirea luminii de fundal, ceea ce indică faptul că există o gaură în spațiu în această regiune a Universului.

Până în prezent, oamenii de știință au stabilit că cea mai apropiată gaură neagră de Pământ este obiectul V616 Monocerotis. Monstrul este situat la 3000 de ani lumină de sistemul nostru. Aceasta este o formațiune mare în dimensiune, masa sa este de 9-13 mase solare. Un alt obiect din apropiere amenintatoare lumea noastră, este gaura neagră Gygnus X-1. Suntem separați de acest monstru la o distanță de 6000 de ani lumină. Găurile negre descoperite în cartierul nostru fac parte dintr-un sistem binar, adică. există în imediata apropiere a stelei care hrănește obiectul nesățios.

Concluzie

Existența unor astfel de obiecte misterioase și misterioase în spațiu precum găurile negre ne obligă cu siguranță să fim în garda noastră. Totuși, tot ceea ce se întâmplă cu găurile negre se întâmplă destul de rar, având în vedere vârsta Universului și distanțe mari. Timp de 4,5 miliarde de ani, sistemul solar este în repaus, existând conform legilor cunoscute nouă. În acest timp, în apropierea Sistemului Solar nu a apărut nimic de genul acesta, nici o distorsiune a spațiului, nici un pliu de timp. Probabil că nu există condiții potrivite pentru asta. Partea Calei Lactee în care se află sistemul stelar al Soarelui este o zonă calmă și stabilă a spațiului.

Oamenii de știință admit că apariția găurilor negre nu este întâmplătoare. Astfel de obiecte joacă rolul de ordonanți în Univers, distrugând corpurile cosmice în exces. În ceea ce privește soarta monștrilor înșiși, evoluția lor nu a fost încă studiată pe deplin. Există o versiune conform căreia găurile negre nu sunt eterne și, la un anumit stadiu, pot înceta să mai existe. Nu mai este un secret faptul că astfel de obiecte reprezintă surse puternice de energie. Ce fel de energie este și cum este măsurată este o altă chestiune.

Prin eforturile lui Stephen Hawking, științei i s-a prezentat teoria conform căreia o gaură neagră încă emite energie în timp ce își pierde masa. În ipotezele sale, omul de știință a fost ghidat de teoria relativității, în care toate procesele sunt interconectate între ele. Nimic nu dispare fără să apară altundeva. Orice materie poate fi transformată într-o altă substanță, cu un tip de energie deplasându-se la un alt nivel energetic. Acesta poate fi cazul găurilor negre, care sunt un portal de tranziție de la o stare la alta.

Dacă aveți întrebări, lăsați-le în comentariile de sub articol. Noi sau vizitatorii noștri vom fi bucuroși să le răspundem

24 ianuarie 2013

Dintre toate obiectele ipotetice din univers prezise teorii științifice, găurile negre produc cea mai ciudată impresie. Și, deși sugestii despre existența lor au început să fie făcute cu aproape un secol și jumătate înainte ca Einstein să publice teoria generală a relativității, dovezi convingătoare ale realității existenței lor au fost obținute abia recent.

Să începem cu modul în care relativitatea generală abordează problema naturii gravitației. Legea gravitației universale a lui Newton spune că între oricare două corpuri masive din Univers există o forță de atracție reciprocă. Datorită acestei atracții gravitaționale, Pământul se învârte în jurul Soarelui. Relativitatea generală ne obligă să privim diferit sistemul Soare-Pământ. Conform acestei teorii, în prezența unui corp ceresc atât de masiv precum Soarele, spațiu-timp pare să se prăbușească sub greutatea sa, iar uniformitatea țesăturii sale este perturbată. Imaginați-vă o trambulină elastică cu o minge grea (precum o minge de bowling) pe ea. Țesătura întinsă se îndoaie sub greutatea sa, creând un vid în jurul ei. În același mod, Soarele împinge spațiu-timp în jurul său.

Conform acestei imagini, Pământul se rostogolește pur și simplu în jurul pâlniei rezultate (cu excepția faptului că o minge mică care se rostogolește în jurul uneia grele pe o trambulină va pierde inevitabil viteza și va spirala mai aproape de cea mare). Și ceea ce percepem în mod obișnuit ca forță de gravitație în noi viata de zi cu zi, nu este, de asemenea, altceva decât o schimbare în geometria spațiului-timp și nu o forță în sensul newtonian. Astăzi, nu există o explicație mai reușită a naturii gravitației decât ne oferă teoria generală a relativității.

Acum imaginați-vă ce se va întâmpla dacă, în cadrul imaginii propuse, creștem și creștem masa unei mingi grele fără a o crește dimensiuni fizice? Fiind absolut elastică, pâlnia se va adânci până când marginile sale superioare converg undeva deasupra mingii complet grele, iar apoi pur și simplu va înceta să mai existe când este privită de la suprafață. În Universul real, după ce a acumulat suficientă masă și densitate de materie, un obiect trântește o capcană spațiu-timp în jurul său, țesătura spațiu-timp se închide și își pierde contactul cu restul Universului, devenind invizibil pentru acesta. Așa apare o gaură neagră.

Schwarzschild și contemporanii săi credeau că astfel de obiecte spațiale ciudate nu există în natură. Einstein însuși nu numai că a aderat la acest punct de vedere, dar a crezut în mod eronat că a reușit să-și fundamenteze matematic opinia.

În anii 1930, tânărul astrofizician indian Chandrasekhar a demonstrat că o stea care și-a consumat combustibilul nuclear își pierde coaja și se transformă într-o pitică albă care se răcește lent numai dacă masa sa este mai mică de 1,4 mase solare. Curând, americanul Fritz Zwicky și-a dat seama că exploziile de supernove produc corpuri extrem de dense de materie neutronică; Mai târziu, Lev Landau a ajuns la aceeași concluzie. După lucrările lui Chandrasekhar, a fost evident că numai stelele cu o masă mai mare de 1,4 mase solare ar putea suferi o astfel de evoluție. Deci a apărut o întrebare firească: există o limită superioară a masei supernovelor pe care stelele neutronice o lasă în urmă?

La sfârșitul anilor 30, viitorul tată al americanului bombă atomică Robert Oppenheimer a stabilit că o astfel de limită există de fapt și nu depășește mai multe mase solare. Atunci nu a fost posibil să se ofere o evaluare mai exactă; Acum se știe că masele stelelor neutronice trebuie să fie în intervalul 1,5-3 Ms. Dar chiar și din calculele brute ale lui Oppenheimer și ale studentului său absolvent George Volkow, a rezultat că cei mai masivi descendenți ai supernovelor nu devin stele neutronice, ci se transformă într-o altă stare. În 1939, Oppenheimer și Hartland Snyder au folosit un model idealizat pentru a demonstra că o stea masivă care se prăbușește este trasă spre raza sa gravitațională. Din formulele lor rezultă de fapt că vedeta nu se oprește aici, dar coautorii s-au abținut de la o concluzie atât de radicală.

09.07.1911 - 13.04.2008

Răspunsul final a fost găsit în a doua jumătate a secolului al XX-lea prin eforturile unei întregi galaxii de fizicieni teoreticieni străluciți, inclusiv sovietici. S-a dovedit că un astfel de colaps comprimă întotdeauna steaua „tot drumul”, distrugându-i complet materia. Ca urmare, apare o singularitate, un „superconcentrat” al câmpului gravitațional, închis într-un volum infinitezimal. Pentru o gaură staționară, acesta este un punct, pentru o gaură rotativă este un inel. Curbura spațiu-timp și, prin urmare, forța gravitațională din apropierea singularității tinde spre infinit. La sfârșitul anului 1967, fizicianul american John Archibald Wheeler a fost primul care a numit un astfel de colaps stelar final o gaură neagră. Noul termen a fost îndrăgit de fizicieni și de jurnaliştii încântați, care l-au răspândit în întreaga lume (deși francezilor nu le-a plăcut la început, întrucât expresia trou noir sugera asocieri dubioase).

Cea mai importantă proprietate a unei găuri negre este că orice cade în ea, nu se va întoarce. Acest lucru se aplică chiar și luminii, motiv pentru care găurile negre își iau numele: un corp care absoarbe toată lumina care cade pe ea și nu emite nimic propriu, pare complet negru. Conform relativității generale, dacă un obiect se apropie de centrul unei găuri negre la o distanță critică - această distanță se numește raza Schwarzschild - nu se poate întoarce niciodată. (Astronomul german Karl Schwarzschild (1873-1916) în ultimii ani de viață, folosind ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Einstein, a calculat câmpul gravitațional în jurul unei mase de volum zero.) Pentru masa Soarelui, raza Schwarzschild este de 3 km, adică pentru a transforma Soarele într-o gaură neagră, trebuie să-i compactați întreaga masă la dimensiunea unui oraș mic!

În interiorul razei Schwarzschild, teoria prezice fenomene și mai ciudate: toată materia dintr-o gaură neagră se adună într-un punct infinitezimal de densitate infinită chiar în centrul său - matematicienii numesc un astfel de obiect o perturbare singulară. La o densitate infinită, orice masă finită de materie, matematic vorbind, ocupă volum spațial zero. Desigur, nu putem verifica experimental dacă acest fenomen are loc într-adevăr în interiorul unei găuri negre, deoarece tot ceea ce se încadrează în interiorul razei Schwarzschild nu se întoarce înapoi.

Astfel, fără a putea „privi” o gaură neagră în sensul tradițional al cuvântului „privită”, putem totuși detecta prezența acesteia prin semne indirecte ale influenței câmpului său gravitațional super-puternic și complet neobișnuit asupra materiei din jur. ea.

Găuri negre supermasive

În centrul Căii Lactee și al altor galaxii se află o gaură neagră incredibil de masivă de milioane de ori mai grea decât Soarele. Aceste găuri negre supermasive (așa cum au fost numite) au fost descoperite din observațiile naturii mișcării gazului interstelar în apropierea centrelor galaxiilor. Gazele, judecând după observații, se rotesc la o distanță apropiată de obiectul supermasiv, iar calculele simple folosind legile mecanicii lui Newton arată că obiectul care le atrage, cu un diametru mic, are o masă monstruoasă. Doar o gaură neagră poate învârti gazul interstelar în centrul unei galaxii în acest fel. De fapt, astrofizicienii au găsit deja zeci de astfel de găuri negre masive în centrele galaxiilor din vecinătatea noastră și bănuiesc cu tărie că centrul oricărei galaxii este o gaură neagră.

Găuri negre cu masă stelară

Conform înțelegerii noastre actuale a evoluției stelare, atunci când o stea cu o masă care depășește aproximativ 30 de mase solare moare într-o explozie de supernovă, învelișul ei exterior se împrăștie, iar straturile interioare se prăbușesc rapid spre centru și formează o gaură neagră în locul stelelor. stea care și-a epuizat rezervele de combustibil. O gaură neagră de această origine izolată în spațiul interstelar este aproape imposibil de detectat, deoarece este situată într-un vid rarefiat și nu se manifestă în niciun fel în ceea ce privește interacțiunile gravitaționale. Cu toate acestea, dacă o astfel de gaură ar face parte dintr-un sistem stelar binar (două stele fierbinți care orbitează în jurul centrului lor de masă), gaura neagră ar exercita totuși o influență gravitațională asupra stelei sale perechi. Astronomii au astăzi peste o duzină de candidați pentru rolul sistemelor stelare de acest fel, deși nu s-au obținut dovezi riguroase pentru niciunul dintre ei.

Într-un sistem binar cu o gaură neagră în compoziția sa, materia stelei „vii” va „curge” inevitabil în direcția găurii negre. Iar substanța aspirată de gaura neagră se va învârti în spirală când va cădea în gaura neagră, dispărând la traversarea razei Schwarzschild. Când se apropie de limita fatală, totuși, substanța aspirată în pâlnia găurii negre va deveni inevitabil mai densă și încălzită din cauza frecvenței crescute a ciocnirilor dintre particulele absorbite de gaură, până când se încălzește la energiile de emisie ale undelor din găuri. Gama de raze X a spectrului de radiații electromagnetice. Astronomii pot măsura periodicitatea modificărilor intensității radiațiilor X de acest fel și pot calcula, comparând-o cu alte date disponibile, masa aproximativă a obiectului care „trage” materia spre sine. Dacă masa unui obiect depășește limita Chandrasekhar (1,4 mase solare), acest obiect nu poate fi o pitică albă, în care steaua noastră este destinată să degenereze. În majoritatea observațiilor identificate ale unor astfel de stele binare cu raze X, obiectul masiv este o stea neutronică. Cu toate acestea, au existat deja mai mult de o duzină de cazuri în care singura explicație rezonabilă este prezența unei găuri negre într-un sistem stelar binar.

Toate celelalte tipuri de găuri negre sunt mult mai speculative și se bazează exclusiv pe cercetări teoretice - nu există nicio dovadă experimentală a existenței lor. În primul rând, acestea sunt mini găuri negre cu o masă comparabilă cu masa unui munte și comprimate pe raza unui proton. Ideea originii lor în stadiul inițial al formării Universului imediat după Big Bang a fost exprimată de cosmologul englez Stephen Hawking (vezi Principiul ascuns al ireversibilității timpului). Hawking a sugerat că exploziile în mini-găuri ar putea explica fenomenul cu adevărat misterios al exploziilor punctuale de raze gamma în Univers. În al doilea rând, unele teorii ale particulelor elementare prevăd existența în Univers – la nivel micro – a unei adevărate site de găuri negre, care sunt un fel de spumă din gunoiul universului. Se presupune că diametrul unor astfel de micro-găuri este de aproximativ 10-33 cm - sunt de miliarde de ori mai mici decât un proton. Pe în acest moment nu avem nicio speranță de a verifica experimental chiar și faptul că există astfel de particule de găuri negre, ca să nu mai vorbim de a explora cumva proprietățile lor.

Și ce se va întâmpla cu observatorul dacă se va găsi brusc de cealaltă parte a razei gravitaționale, denumită altfel orizontul evenimentelor. Aici începe totul proprietate uimitoare gauri negre. Nu degeaba, atunci când vorbim despre găurile negre, am menționat întotdeauna timp, sau mai precis spațiu-timp. Conform teoriei relativității a lui Einstein, cu cât un corp se mișcă mai repede, cu atât masa lui devine mai mare, dar cu atât timpul începe să treacă mai lent! La viteze mici în conditii normale acest efect este invizibil, dar dacă un corp (navă spațială) se mișcă cu o viteză apropiată de viteza luminii, atunci masa lui crește și timpul încetinește! Când viteza corpului este egală cu viteza luminii, masa merge la infinit, iar timpul se oprește! Formule matematice stricte vorbesc despre asta. Să ne întoarcem la gaura neagră. Să ne imaginăm o situație fantastică când o navă cu astronauți la bord se apropie de raza gravitațională sau de orizontul evenimentelor. Este clar că orizontul evenimentelor este numit astfel, deoarece putem observa orice eveniment (observăm orice) doar până la această limită. Că nu suntem în stare să observăm dincolo de această graniță. Cu toate acestea, fiind în interiorul unei nave care se apropie de o gaură neagră, astronauții se vor simți la fel ca înainte, pentru că... Potrivit ceasului lor, timpul va curge „normal”. Nava spațială va traversa calm orizontul evenimentelor și va merge mai departe. Dar, deoarece viteza sa va fi apropiată de viteza luminii, nava spațială va ajunge în centrul găurii negre literalmente într-o clipă.

Și pentru un observator extern, nava spațială se va opri pur și simplu la orizontul evenimentului și va rămâne acolo aproape pentru totdeauna! Acesta este paradoxul gravitației colosale a găurilor negre. Întrebarea firească este dacă astronauții care merg în infinit după ceasul unui observator extern vor rămâne în viață. Nu. Iar punctul nu este deloc în gravitația enormă, ci în forțele de maree, care pentru un corp atât de mic și masiv se schimbă foarte mult pe distanțe scurte. Cu înălțimea unui astronaut de 1 m 70 cm, forțele de maree la capul lui vor fi mult mai mici decât la picioarele sale și el va fi pur și simplu sfâșiat deja la orizontul evenimentului. Deci, am aflat în termeni generali ce sunt găurile negre, dar până acum am vorbit despre găurile negre de masă stelară. În prezent, astronomii au descoperit găuri negre supermasive a căror masă poate fi de un miliard de sori! Găurile negre supermasive nu diferă ca proprietăți de omologii lor mai mici. Ele sunt doar mult mai masive și, de regulă, sunt situate în centrele galaxiilor - insulele stelare ale Universului. În centrul galaxiei noastre (Calea Lactee) există și o gaură neagră supermasivă. Masa colosală a unor astfel de găuri negre va face posibilă căutarea lor nu numai în Galaxia noastră, ci și în centrele galaxiilor îndepărtate situate la o distanță de milioane și miliarde de ani lumină de Pământ și Soare. Oamenii de știință europeni și americani au efectuat o căutare globală a găurilor negre supermasive, care, conform calculelor teoretice moderne, ar trebui să fie situate în centrul fiecărei galaxii.

Tehnologiile moderne fac posibilă detectarea prezenței acestor colapsari în galaxiile învecinate, dar foarte puține dintre ele au fost descoperite. Aceasta înseamnă că fie găurile negre sunt pur și simplu ascunse în nori denși de gaz și praf din partea centrală a galaxiilor, fie sunt situate în colțuri mai îndepărtate ale Universului. Așadar, găurile negre pot fi detectate de radiațiile de raze X emise în timpul acumulării de materie pe ele, iar pentru a face un recensământ al unor astfel de surse, sateliți cu telescoape de raze X la bord au fost lansați în spațiul cosmic din apropierea Pământului. În timpul căutării surselor de raze X, observatoare spațiale Chandra și Rossi au descoperit că cerul este plin de radiații X de fundal care sunt de milioane de ori mai strălucitoare decât în ​​lumina vizibilă. O mare parte din această emisie de raze X de fundal de pe cer trebuie să provină din găurile negre. De obicei, în astronomie există trei tipuri de găuri negre. Prima sunt găurile negre de mase stelare (aproximativ 10 mase solare). Se formează din stele masive când rămân fără combustibil termonuclear. Al doilea este găurile negre supermasive din centrul galaxiilor (de milioane până la miliarde de mase solare). Și în sfârșit, găurile negre primare, formate la începutul vieții Universului, ale căror mase sunt mici (de ordinul masei unui asteroid mare). Astfel, o gamă largă de posibile mase de găuri negre rămâne neumplută. Dar unde sunt aceste găuri? Umplend spațiul cu raze X, ei, totuși, nu vor să-și arate adevărata „față”. Dar pentru a construi o teorie clară a conexiunii dintre radiația de fond cu raze X și găurile negre, este necesar să se cunoască numărul acestora. În prezent, telescoapele spațiale au reușit să detecteze doar un număr mic de găuri negre supermasive, a căror existență poate fi considerată dovedită. Semnele indirecte fac posibilă creșterea numărului de găuri negre observate responsabile de radiația de fond la 15%. Trebuie să presupunem că găurile negre supermasive rămase se ascund pur și simplu în spatele unor straturi groase de nori de praf care transmit doar raze X de înaltă energie sau sunt prea departe pentru a fi detectate. mijloace moderne observatii.

Gaură neagră supermasivă (împrejurimi) în centrul galaxiei M87 (imagine cu raze X). Ejecția (jetul) din orizontul evenimentelor este vizibilă. Imagine de pe www.college.ru/astronomy

Găsirea găurilor negre ascunse este una dintre principalele sarcini ale astronomiei moderne cu raze X. Descoperiri recente în acest domeniu, asociate cu cercetările care utilizează telescoapele Chandra și Rossi, acoperă totuși doar domeniul de energie joasă a radiației cu raze X - aproximativ 2000-20.000 de electroni-volți (pentru comparație, energia radiației optice este de aproximativ 2 electroni). -volti). Modificări semnificative la aceste studii pot fi aduse de telescopul spațial european Integral, care este capabil să pătrundă în regiunea încă insuficient studiată a radiațiilor X cu o energie de 20.000-300.000 de electroni volți. Importanța studierii acestui tip de raze X este că, deși fundalul cu raze X al cerului are energie scăzută, pe acest fundal apar multiple vârfuri (puncte) de radiație cu o energie de aproximativ 30.000 de electroni-volți. Oamenii de știință încă ridică capacul cu privire la ceea ce produce aceste vârfuri, iar Integral este primul telescop suficient de sensibil pentru a detecta astfel de surse de raze X. Potrivit astronomilor, razele de înaltă energie generează așa-numitele obiecte groase Compton, adică găuri negre supermasive învăluite într-o înveliș de praf. Obiectele Compton sunt responsabile pentru vârfurile de raze X de 30.000 de electroni volți în câmpul de radiație de fundal.

Dar, continuând cercetările, oamenii de știință au ajuns la concluzia că obiectele Compton reprezintă doar 10% din numărul găurilor negre care ar trebui să creeze vârfuri de energie înaltă. Acesta este un obstacol serios pentru dezvoltare ulterioară teorii. Deci, razele X lipsă nu sunt furnizate de găuri negre supermasive obișnuite? Atunci ce zici de perdele de praf pentru raze X cu energie scăzută? Răspunsul pare să stea în faptul că multe găuri negre (obiecte Compton) au avut timp suficient pentru a absorbi tot gazul și praful care le învăluiau, dar înainte de asta au avut ocazia să se facă cunoscute cu raze X de înaltă energie. După ce au consumat toată materia, astfel de găuri negre nu au mai fost capabile să genereze raze X la orizontul evenimentelor. Devine clar de ce aceste găuri negre nu pot fi detectate și devine posibil să le atribuim sursele lipsă de radiații de fundal, deoarece, deși gaura neagră nu mai emite, radiația creată anterior continuă să călătorească prin Univers. Cu toate acestea, este posibil ca găurile negre lipsă să fie mai ascunse decât își dau seama astronomii, ceea ce înseamnă că doar pentru că nu le vedem nu înseamnă că nu sunt acolo. Pur și simplu nu avem încă suficientă putere de observație pentru a le vedea. Între timp, oamenii de știință de la NASA intenționează să extindă căutarea găurilor negre ascunse și mai mult în Univers. Aici se află partea subacvatică a aisbergului, cred ei. Pe parcursul mai multor luni, cercetările vor fi efectuate ca parte a misiunii Swift. Pătrunderea în Universul adânc va dezvălui găuri negre ascunse, va găsi veriga lipsă cu radiația de fundal și va face lumină asupra activității lor în era timpurie a Universului.

Se crede că unele găuri negre sunt mai active decât vecinii lor liniștiți. Găurile negre active absorb materia înconjurătoare, iar dacă o stea „neprudătoare” care zboară este prinsă în zborul gravitației, cu siguranță va fi „mâncat” în cel mai barbar mod (fărâmată în bucăți). Materialul absorbit, care cade într-o gaură neagră, este încălzit la temperaturi enorme și experimentează o erupție în gama, raze X și ultraviolete. Există, de asemenea, o gaură neagră supermasivă în centrul Căii Lactee, dar este mai dificil de studiat decât găurile din galaxiile învecinate sau chiar îndepărtate. Acest lucru se datorează peretelui dens de gaz și praf care stă în calea centrului galaxiei noastre, deoarece sistemul solar este situat aproape la marginea discului galactic. Prin urmare, observațiile activității găurii negre sunt mult mai eficiente în acele galaxii ale căror nuclee sunt clar vizibile. În timp ce observau una dintre galaxiile îndepărtate situate în constelația Boötes la o distanță de 4 miliarde de ani lumină, astronomii au reușit pentru prima dată să urmărească de la început până aproape de sfârșit procesul de absorbție a unei stele de către o gaură neagră supermasivă. Timp de mii de ani, acest colapsar uriaș s-a odihnit liniștit și pașnic în centrul unei galaxii eliptice fără nume, până când una dintre stele a îndrăznit să se apropie suficient de ea.

Gravitația puternică a găurii negre a sfâșiat steaua. Cheaguri de materie au început să cadă pe gaura neagră și, când au ajuns la orizontul evenimentelor, au izbucnit puternic în intervalul ultraviolet. Aceste erupții au fost înregistrate de noul telescop spațial Galaxy Evolution Explorer al NASA, care studiază cerul în lumină ultravioletă. Telescopul continuă să observe comportamentul obiectului distins astăzi, deoarece Masa găurii negre nu s-a încheiat încă, iar rămășițele stelei continuă să cadă în abisul timpului și al spațiului. Observațiile unor astfel de procese vor ajuta în cele din urmă la înțelegerea mai bună a modului în care găurile negre evoluează împreună cu galaxiile lor gazdă (sau, dimpotrivă, galaxiile evoluează cu o gaură neagră părinte). Observațiile anterioare indică faptul că astfel de excese nu sunt neobișnuite în Univers. Oamenii de știință au calculat că, în medie, o stea este consumată de o gaură neagră supermasivă dintr-o galaxie tipică o dată la 10.000 de ani, dar din moment ce există un număr mare de galaxii, absorbția stelelor poate fi observată mult mai des.

sursă

Găurile negre sunt unul dintre cele mai ciudate fenomene din Univers. În orice caz, pe în această etapă dezvoltarea umanității. Acesta este un obiect cu masă și densitate infinite și, prin urmare, atracție, dincolo de care nici măcar lumina nu poate scăpa - prin urmare, gaura este neagră. O gaură neagră supermasivă poate absorbi o întreagă galaxie fără a se sufoca, iar dincolo de orizontul evenimentelor, fizica normală începe să scârțâie și să se răsucească într-un nod. Pe de altă parte, găurile negre pot deveni potențiale „găuri” de tranziție de la un nod al spațiului la altul. Întrebarea este cât de aproape putem ajunge de o gaură neagră și vor exista consecințe?

Gaura neagră supermasivă Săgetător A*, situată în centrul galaxiei noastre, nu numai că aspiră obiectele din apropiere, dar emite și emisii radio puternice. Oamenii de știință au încercat de multă vreme să discearnă aceste raze, dar ele au fost împiedicate de lumina împrăștiată din jurul gaurii. În cele din urmă, au reușit să străpungă zgomotul ușor folosind 13 telescoape, care au fost combinate într-un singur sistem puternic. Ulterior au descoperit informatii interesante despre razele înainte misterioase.

Acum câteva zile, pe 14 martie, unul dintre cei mai remarcabili fizicieni ai timpului nostru a părăsit această lume,

Concept gaura neagra Este cunoscut de toată lumea - de la școlari până la vârstnici este folosit în literatura de știință și ficțiune, în mass-media tabloide și la conferințe științifice. Dar care sunt exact astfel de găuri nu este cunoscut de toată lumea.

Din istoria găurilor negre

1783 Prima ipoteză a existenței unui astfel de fenomen precum o gaură neagră a fost înaintată în 1783 de omul de știință englez John Michell. În teoria sa, el a combinat două dintre creațiile lui Newton - optica și mecanica. Ideea lui Michell a fost următoarea: dacă lumina este un flux de particule minuscule, atunci, ca toate celelalte corpuri, particulele ar trebui să experimenteze atracția unui câmp gravitațional. Se pare că, cu cât steaua este mai masivă, cu atât este mai dificil pentru lumina să reziste atracției sale. La 13 ani după Michell, astronomul și matematicianul francez Laplace a prezentat (cel mai probabil independent de colegul său britanic) o teorie similară.

1915 Cu toate acestea, toate lucrările lor au rămas nerevendicate până la începutul secolului al XX-lea. În 1915, Albert Einstein a publicat Teoria Generală a Relativității și a arătat că gravitația este curbura spațiu-timpului cauzată de materie, iar câteva luni mai târziu, astronomul și fizicianul teoretic german Karl Schwarzschild a folosit-o pentru a rezolva o problemă astronomică specifică. El a explorat structura spațiu-timp curbat în jurul Soarelui și a redescoperit fenomenul găurilor negre.

(John Wheeler a inventat termenul „găuri negre”)

1967 Fizicianul american John Wheeler a conturat un spațiu care poate fi mototolit, ca o bucată de hârtie, într-un punct infinitezimal și l-a desemnat cu termenul „Gaura Neagră”.

1974 Fizicianul britanic Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre, deși absorb materie fără întoarcere, pot emite radiații și în cele din urmă se evaporă. Acest fenomen se numește „radiație Hawking”.

Timpul nostru. Ultimele cercetări pulsarii și quasarii, precum și descoperirea radiației cosmice de fond cu microunde, au făcut în sfârșit posibilă descrierea conceptului de găuri negre. În 2013, norul de gaz G2 s-a apropiat foarte mult de Gaura Neagră și, cel mai probabil, va fi înghițit de aceasta, observațiile procesului unic vor oferi oportunități enorme pentru noi descoperiri ale caracteristicilor găurilor negre.

Ce sunt de fapt găurile negre

O explicație laconică a fenomenului merge așa. O gaură neagră este o regiune spațiu-timp a cărei atracție gravitațională este atât de puternică încât niciun obiect, inclusiv cuante de lumină, nu o poate părăsi.

Gaura neagră a fost cândva o stea masivă. Atâta timp cât reacțiile termonucleare mențin o presiune ridicată în adâncurile sale, totul rămâne normal. Dar în timp, aprovizionarea cu energie se epuizează și corp ceresc, sub influența propriei gravitații, începe să se comprime. Etapa finală a acestui proces este prăbușirea nucleului stelar și formarea unei găuri negre.

• 1. O gaură neagră ejectează un jet cu viteză mare


• 2. Un disc de materie crește într-o gaură neagră


• 3. Gaură neagră


• 4. Diagrama detaliată a regiunii găurii negre


• 5. Dimensiunea noilor observații găsite

Cea mai comună teorie este că fenomene similare există în fiecare galaxie, inclusiv în centrul Căii Lactee. Putere imensă Atracția găurii este capabilă să țină mai multe galaxii în jurul ei, împiedicându-le să se îndepărteze una de cealaltă. „Zona de acoperire” poate fi diferită, totul depinde de masa stelei care s-a transformat într-o gaură neagră și poate fi de mii de ani lumină.

raza Schwarzschild

Principala proprietate a unei găuri negre este că orice substanță care cade în ea nu se poate întoarce niciodată. Același lucru este valabil și pentru lumină. În miezul lor, găurile sunt corpuri care absorb complet toată lumina care cade asupra lor și nu emit nimic proprie. Astfel de obiecte pot apărea vizual ca cheaguri de întuneric absolut.

• 1. Mișcarea materiei la jumătate din viteza luminii


• 2. Inel fotonic


• 3. Inel fotonic interior


• 4. Orizontul evenimentelor într-o gaură neagră

Incepand de la Teoria generală Conform relativității lui Einstein, dacă un corp se apropie de o distanță critică de centrul găurii, nu se va mai putea întoarce. Această distanță se numește raza Schwarzschild. Ce se întâmplă exact în această rază nu este cunoscut cu certitudine, dar există cea mai comună teorie. Se crede că toată materia unei găuri negre este concentrată într-un punct infinitezimal, iar în centrul său se află un obiect cu densitate infinită, pe care oamenii de știință îl numesc o perturbare singulară.

Cum se întâmplă căderea într-o gaură neagră?

(În imagine, gaura neagră Săgetător A* arată ca un grup de lumină extrem de strălucitor)

Nu cu mult timp în urmă, în 2011, oamenii de știință au descoperit un nor de gaz, dându-i numele simplu G2, care emite lumină neobișnuită. Această strălucire se poate datora frecării gazului și prafului cauzate de gaura neagră Sagetator A*, care o orbitează ca un disc de acreție. Astfel, devenim observatori ai fenomenului uimitor de absorbție a unui nor de gaz de către o gaură neagră supermasivă.

Potrivit unor studii recente, cea mai apropiată abordare a găurii negre va avea loc în martie 2014. Putem recrea o imagine a modului în care va avea loc acest spectacol incitant.

• 1. Când apare prima dată în date, un nor de gaz seamănă cu o minge uriașă de gaz și praf.


• 2. Acum, din iunie 2013, norul se află la zeci de miliarde de kilometri de gaura neagră. Cade în el cu o viteză de 2500 km/s.


• 3. Se așteaptă ca norul să treacă pe lângă gaura neagră, dar forțele de maree cauzate de diferența de gravitație care acționează asupra marginilor de față și de mers ale norului vor face ca acesta să capete o formă din ce în ce mai alungită.


• 4. După ce norul este sfâșiat, cel mai probabil, cea mai mare parte a acestuia va curge în discul de acreție din jurul Săgetătorului A*, generând unde de șoc în el. Temperatura va crește la câteva milioane de grade.


• 5. O parte din nor va cădea direct în gaura neagră. Nimeni nu știe exact ce se va întâmpla cu această substanță în continuare, dar este de așteptat ca pe măsură ce va cădea ea să emită fluxuri puternice de raze X și să nu mai fie văzută niciodată.

Video: gaura neagră înghite un nor de gaz

(Simularea pe computer a cât de mult din norul de gaz G2 ar fi distrus și consumat de gaura neagră Săgetător A*)

Ce se află într-o gaură neagră?

Există o teorie care afirmă că o gaură neagră este practic goală în interior, iar toată masa ei este concentrată într-un punct incredibil de mic situat chiar în centrul ei - singularitatea.

Potrivit unei alte teorii, care există de o jumătate de secol, tot ceea ce cade într-o gaură neagră trece într-un alt univers situat chiar în gaura neagră. Acum această teorie nu este cea principală.

Și există o a treia teorie, cea mai modernă și tenace, conform căreia tot ceea ce cade într-o gaură neagră se dizolvă în vibrațiile corzilor de pe suprafața ei, care este desemnată ca orizontul evenimentelor.

Deci, ce este un orizont de evenimente? Este imposibil să privești în interiorul unei găuri negre, chiar și cu un telescop super-puternic, deoarece chiar și lumina, care intră în pâlnia cosmică gigantică, nu are nicio șansă să iasă înapoi. Tot ceea ce poate fi cel puțin luat în considerare se află în imediata sa vecinătate.

Orizontul evenimentelor este o linie convențională de suprafață de sub care nimic (nici gaz, nici praf, nici stele, nici lumină) nu poate scăpa. Și acesta este punctul foarte misterios de neîntoarcere în găurile negre ale Universului.