Od čega je napravljena crna rupa? Pogledajte šta je "crna rupa" u drugim rječnicima. Crne rupe i singularnosti

Misteriozne i neuhvatljive crne rupe. Zakoni fizike potvrđuju mogućnost njihovog postojanja u svemiru, ali mnoga pitanja i dalje ostaju. Brojna zapažanja pokazuju da u svemiru postoje rupe i da postoji više od milion ovih objekata.

Šta su crne rupe?

Davne 1915. godine, prilikom rješavanja Ajnštajnovih jednačina, predviđena je pojava kao što su "crne rupe". Međutim, naučna zajednica se za njih zainteresovala tek 1967. godine. Tada su ih zvali "srušene zvijezde", "smrznute zvijezde".

Danas je crna rupa područje vremena i prostora koje ima takvu gravitaciju da čak ni zrak svjetlosti ne može pobjeći iz nje.

Kako nastaju crne rupe?

Postoji nekoliko teorija za pojavu crnih rupa, koje se dijele na hipotetičke i realne. Najjednostavnija i najraširenija realistična teorija je teorija gravitacionog kolapsa velikih zvijezda.

Kada dovoljno masivna zvijezda, prije "smrti", poraste u veličini i postane nestabilna, trošeći svoje posljednje gorivo. U isto vrijeme, masa zvijezde ostaje nepromijenjena, ali se njena veličina smanjuje kako dolazi do takozvanog zgušnjavanja. Drugim riječima, kada se zbije, teško jezgro "pada" u sebe. Paralelno s tim, zbijanje dovodi do naglog povećanja temperature unutar zvijezde i vanjskih slojeva nebesko telo prekinuti i formirati nove zvijezde. Istovremeno, u centru zvijezde, jezgro pada u vlastiti "centar". Kao rezultat djelovanja gravitacijskih sila, centar se urušava do tačke - to jest, gravitacijske sile su toliko jake da apsorbiraju zbijeno jezgro. Tako se rađa crna rupa koja počinje da iskrivljuje prostor i vrijeme tako da iz nje ne može pobjeći ni svjetlost.

U središtu svih galaksija nalazi se supermasivna crna rupa. Prema Ajnštajnovoj teoriji relativnosti:

“Svaka masa iskrivljuje prostor i vrijeme.”

Sada zamislite koliko crna rupa iskrivljuje vrijeme i prostor, jer je njena masa ogromna i istovremeno stisnuta u ultra-mali volumen. Ova sposobnost uzrokuje sljedeću neobičnost:

“Crne rupe imaju sposobnost da praktično zaustave vrijeme i komprimiraju prostor. Zbog ovog ekstremnog izobličenja, rupe za nas postaju nevidljive.”

Ako crne rupe nisu vidljive, kako znamo da postoje?

Da, iako je crna rupa nevidljiva, trebalo bi da bude uočljiva zbog materije koja u nju pada. Kao i zvjezdani plin, koji privlači crna rupa, kada se približi horizontu događaja, temperatura plina počinje rasti do ultravisokih vrijednosti, što dovodi do sjaja. Zbog toga crne rupe sijaju. Zahvaljujući ovom, iako slabom, sjaju, astronomi i astrofizičari objašnjavaju prisustvo u centru galaksije objekta male zapremine, ali ogromne mase. IN ovog trenutka Kao rezultat opservacija, otkriveno je oko 1000 objekata koji su po ponašanju slični crnim rupama.

Crne rupe i galaksije

Kako crne rupe mogu uticati na galaksije? Ovo pitanje muči naučnike širom sveta. Postoji hipoteza prema kojoj crne rupe koje se nalaze u centru galaksije utiču na njen oblik i evoluciju. I da kada se dvije galaksije sudare, crne rupe se spajaju i tokom tog procesa se oslobađa tolika količina energije i materije da se formiraju nove zvijezde.

Vrste crnih rupa

Prema postojećoj teoriji, postoje tri vrste crnih rupa: zvjezdane, supermasivne i minijaturne. I svaki od njih je formiran na poseban način.
- Crne rupe zvjezdanih masa, naraste do ogromnih veličina i urušava se.
- Supermasivne crne rupe, koje mogu imati masu ekvivalentnu milionima Sunaca, vjerovatno će postojati u centrima gotovo svih galaksija, uključujući i naš Mliječni put. Naučnici još uvijek imaju različite hipoteze za stvaranje supermasivnih crnih rupa. Za sada se zna samo jedno - supermasivne crne rupe su nusproizvod formiranja galaksija. Supermasivne crne rupe - razlikuju se od redovne teme, koji imaju vrlo veliku veličinu, ali paradoksalno nisku gustinu.
- Niko još nije uspeo da otkrije minijaturnu crnu rupu koja bi imala masu manju od Sunca. Moguće je da su se minijaturne rupe mogle formirati ubrzo nakon "Velikog praska", što je tačan početak postojanja našeg univerzuma (prije oko 13,7 milijardi godina).
- Nedavno je uveden novi koncept kao „bele crne rupe“. Ovo je još uvijek hipotetička crna rupa, koja je suprotnost crnoj rupi. Stephen Hawking je aktivno proučavao mogućnost postojanja bijelih rupa.
- Kvantne crne rupe - one do sada postoje samo u teoriji. Kvantne crne rupe mogu nastati kada se ultra-male čestice sudare kao rezultat nuklearne reakcije.
- Primarne crne rupe su takođe teorija. Nastali su odmah po nastanku.

Trenutno postoji veliki broj otvorena pitanja, na koje tek treba da odgovore buduće generacije. Na primjer, da li zaista postoje takozvane „crvotočine“ uz pomoć kojih se može putovati kroz prostor i vrijeme. Šta se tačno dešava unutar crne rupe i kojim zakonima se ti fenomeni pridržavaju. A šta je sa nestankom informacija u crnoj rupi?

Zbog relativno nedavnog porasta interesa za stvaranje naučnopopularnih filmova na temu istraživanja svemira, moderni gledaoci čuli su mnogo o fenomenima kao što su singularnost ili crna rupa. Međutim, filmovi očito ne otkrivaju punu prirodu ovih fenomena, a ponekad čak i iskrivljuju konstruirano naučne teorije za veću efikasnost. Iz tog razloga, zastupljenost mnogih savremeni ljudi o ovim pojavama je ili potpuno površan ili potpuno pogrešan. Jedno od rješenja nastalog problema je i ovaj članak, u kojem ćemo pokušati razumjeti postojeće rezultate istraživanja i odgovoriti na pitanje – šta je crna rupa?

Godine 1784. engleski svećenik i prirodnjak John Michell prvi put je u pismu Kraljevskom društvu spomenuo izvjesno hipotetičko masivno tijelo koje ima tako snažnu gravitaciju da će njegova druga brzina bijega premašiti brzinu svjetlosti. Druga brzina bijega je brzina koja će relativno malom objektu trebati da savlada gravitacijsko privlačenje nebeskog tijela i izađe izvan zatvorene orbite oko ovog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo sa gustinom Sunca i radijusom od 500 solarnih radijusa imat će drugu kosmičku brzinu na svojoj površini jednaku brzini svjetlosti. U ovom slučaju, čak ni svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, pa će stoga ovo tijelo samo apsorbirati dolaznu svjetlost i ostat će nevidljivo za posmatrača - neka vrsta crne mrlje na pozadini tamnog prostora.

Međutim, Michellov koncept supermasivnog tijela nije privukao veliko interesovanje sve do Einsteinovog rada. Podsjetimo da je potonji definirao brzinu svjetlosti kao maksimalnu brzinu prijenosa informacija. Osim toga, Einstein je proširio teoriju gravitacije na brzine bliske brzini svjetlosti (). Kao rezultat toga, više nije bilo relevantno primjenjivati Newtonovu teoriju na crne rupe.

Ajnštajnova jednačina

Kao rezultat primjene opšte teorije relativnosti na crne rupe i rješavanja Ajnštajnovih jednačina, identifikovani su glavni parametri crne rupe, kojih ima samo tri: masa, električni naboj i ugaoni moment. Vrijedi napomenuti značajan doprinos indijskog astrofizičara Subramaniana Chandrasekhara, koji je stvorio temeljnu monografiju: “Matematička teorija crnih rupa”.

Dakle, rješenje Einsteinovih jednadžbi je predstavljeno sa četiri opcije za četiri mogući tipovi crne rupe:

BH bez rotacije i bez naknade – Schwarzschild rješenje. Jedan od prvih opisa crne rupe (1916) koristeći Einsteinove jednadžbe, ali bez uzimanja u obzir dva od tri parametra tijela. Rješenje njemačkog fizičara Karla Schwarzschilda omogućava izračunavanje vanjskog gravitacijskog polja sfernog masivnog tijela. Posebnost koncepta crnih rupa njemačkog naučnika je prisustvo horizonta događaja i skrivanje iza njega. Schwarzschild je također prvi izračunao gravitacijski radijus, koji je dobio njegovo ime, koji određuje polumjer sfere na kojoj bi se nalazio horizont događaja za tijelo sa datom masom.
BH bez rotacije sa punjenjem – Reisner-Nordström rješenje. Rješenje izneseno 1916-1918, uzimajući u obzir mogući električni naboj crne rupe. Ovaj naboj ne može biti proizvoljno velik i ograničen je zbog rezultirajućeg električnog odbijanja. Ovo posljednje mora biti kompenzirano gravitacijskim privlačenjem.
BH sa rotacijom i bez punjenja - Kerrovo rješenje (1963). Rotirajuća Kerrova crna rupa razlikuje se od statične po prisutnosti takozvane ergosfere (pročitajte više o ovoj i drugim komponentama crne rupe).
BH sa rotacijom i punjenjem - Kerr-Newman rješenje. Ovo rješenje je izračunato 1965. godine i trenutno je najkompletnije, jer uzima u obzir sva tri parametra crne rupe. Međutim, i dalje se pretpostavlja da u prirodi crne rupe imaju neznatan naboj.

Formiranje crne rupe

Postoji nekoliko teorija o tome kako nastaje i nastaje crna rupa, od kojih je najpoznatija da nastaje kao rezultat gravitacionog kolapsa zvijezde dovoljne mase. Takva kompresija može okončati evoluciju zvijezda s masom većom od tri solarne mase. Po završetku termonuklearnih reakcija unutar takvih zvijezda, one se počinju brzo sabijati u superguste. Ako pritisak gasa neutronske zvezde ne može da kompenzuje gravitacione sile, odnosno masa zvezde savladava tzv. Oppenheimer-Volkoffova granica, tada se kolaps nastavlja, što rezultira sabijanjem materije u crnu rupu.

Drugi scenarij koji opisuje rađanje crne rupe je kompresija protogalaktičkog plina, odnosno međuzvjezdanog plina u fazi transformacije u galaksiju ili neku vrstu jata. Ako nema dovoljno unutrašnjeg pritiska da se kompenzuju iste gravitacione sile, može nastati crna rupa.

Druga dva scenarija ostaju hipotetička:

Pojava crne rupe kao rezultat tzv primordijalne crne rupe.
Pojava kao rezultat nuklearnih reakcija koje se odvijaju pri visokim energijama. Primjer takvih reakcija su eksperimenti na sudaračima.

Struktura i fizika crnih rupa

Struktura crne rupe prema Schwarzschildu uključuje samo dva elementa koja su ranije spomenuta: singularnost i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je nemoguće povući pravu liniju kroz nju, kao i da većina postojećih fizičkih teorija ne funkcionira unutar nje. Dakle, fizika singulariteta danas ostaje misterija za naučnike. crna rupa je određena granica, prelaskom preko koje fizički objekat gubi mogućnost da se vrati nazad izvan svojih granica i definitivno će “pasti” u singularnost crne rupe.

Struktura crne rupe postaje nešto složenija u slučaju Kerrovog rješenja, odnosno u prisustvu rotacije crne rupe. Kerovo rješenje pretpostavlja da rupa ima ergosferu. Ergosfera je određeno područje koje se nalazi izvan horizonta događaja, unutar kojeg se sva tijela kreću u smjeru rotacije crne rupe. Ovo područje još nije uzbudljivo i moguće ga je napustiti, za razliku od horizonta događaja. Ergosfera je vjerovatno neka vrsta analoga akrecionog diska, koji predstavlja rotirajuću materiju oko masivnih tijela. Ako se statična Schwarzschildova crna rupa predstavi kao crna sfera, onda Kerryjeva crna rupa, zbog prisustva ergosfere, ima oblik spljoštenog elipsoida, u obliku kojeg smo često viđali crne rupe na crtežima, u starim filmove ili video igrice.

Koliko crna rupa teži? – Najteorijski materijal o nastanku crne rupe dostupan je za scenario njenog pojavljivanja kao posledica kolapsa zvezde. U ovom slučaju, maksimalna masa neutronske zvijezde i minimalna masa crne rupe određene su Oppenheimer-Volkoffovom granicom, prema kojoj je donja granica mase crne rupe 2,5-3 solarne mase. Najteža crna rupa koja je otkrivena (u galaksiji NGC 4889) ima masu od 21 milijardu solarnih masa. Međutim, ne treba zaboraviti na crne rupe koje hipotetički nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija pri visokim energijama, poput onih na sudaračima. Masa takvih kvantnih crnih rupa, drugim riječima “Plankovih crnih rupa”, je reda veličine, odnosno 2·10−5 g.
Veličina crne rupe. Minimalni radijus crne rupe može se izračunati iz minimalne mase (2,5 – 3 solarne mase). Ako je gravitacijski radijus Sunca, odnosno područja na kojem bi se nalazio horizont događaja, oko 2,95 km, tada će minimalni polumjer crne rupe od 3 solarne mase biti oko devet kilometara. Takve relativno male veličine teško je shvatiti kada govorimo o masivnim objektima koji privlače sve oko sebe. Međutim, za kvantne crne rupe radijus je 10 −35 m.
Prosječna gustina crne rupe zavisi od dva parametra: mase i radijusa. Gustina crne rupe sa masom od oko tri solarne mase je oko 6 10 26 kg/m³, dok je gustina vode 1000 kg/m³. Međutim, tako male crne rupe naučnici nisu pronašli. Većina otkrivenih crnih rupa ima mase veće od 10 5 solarnih masa. Postoji zanimljiv obrazac prema kojem što je crna rupa masivnija, to je njena gustina manja. U ovom slučaju, promjena mase za 11 redova veličine podrazumijeva promjenu gustoće za 22 reda veličine. Dakle, crna rupa mase 1·10 9 solarnih masa ima gustinu od 18,5 kg/m³, što je za jednu manje od gustine zlata. A crne rupe sa masom većom od 10 10 solarnih masa mogu imati prosječnu gustinu manju od gustine zraka. Na osnovu ovih proračuna logično je pretpostaviti da do stvaranja crne rupe ne dolazi zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu. U slučaju kvantnih crnih rupa, njihova gustina može biti oko 10 94 kg/m³.
Temperatura crne rupe takođe zavisi obrnuto od njene mase. Ova temperatura je direktno povezana sa. Spektar ovog zračenja poklapa se sa spektrom apsolutno crnog tijela, odnosno tijela koje apsorbira svo upadno zračenje. Spektar zračenja apsolutno crnog tijela ovisi samo o njegovoj temperaturi, tada se temperatura crne rupe može odrediti iz Hawkingovog spektra zračenja. Kao što je gore spomenuto, ovo zračenje je snažnije što je crna rupa manja. U isto vrijeme, Hawkingovo zračenje ostaje hipotetičko, jer ga astronomi još nisu primijetili. Iz ovoga slijedi da ako postoji Hawkingovo zračenje, tada je temperatura promatranih crnih rupa toliko niska da ne dopušta detektiranje ovog zračenja. Prema proračunima, čak je i temperatura rupe čija je masa reda mase Sunca zanemarljivo mala (1·10 -7 K ili -272°C). Temperatura kvantnih crnih rupa može doseći oko 10 12 K, a svojim brzim isparavanjem (oko 1,5 minuta) takve crne rupe mogu emitovati energiju od oko deset miliona atomskih bombi. Ali, na sreću, za stvaranje takvih hipotetičkih objekata bila bi potrebna energija 10 14 puta veća od one koja se danas postiže na Velikom hadronskom sudaraču. Osim toga, astronomi nikada nisu primijetili takve pojave.

Od čega se sastoji crna rupa?

Još jedno pitanje zabrinjava i naučnike i one koje jednostavno zanima astrofizika - od čega se sastoji crna rupa? Ne postoji jasan odgovor na ovo pitanje, jer nije moguće gledati dalje od horizonta događaja koji okružuje bilo koju crnu rupu. Osim toga, kao što je ranije spomenuto, teorijski modeli crne rupe predviđaju samo 3 njene komponente: ergosferu, horizont događaja i singularitet. Logično je pretpostaviti da u ergosferi postoje samo oni objekti koje je crna rupa privukla i koji se sada okreću oko nje – razne vrste kosmičkih tijela i kosmički plin. Horizont događaja je samo tanka implicitna granica nakon koje se ista kosmička tijela neopozivo privlače prema posljednjoj glavnoj komponenti crne rupe - singularnosti. Priroda singulariteta danas nije proučavana i prerano je govoriti o njegovom sastavu.

Prema nekim pretpostavkama, crna rupa se može sastojati od neutrona. Ako slijedimo scenario nastanka crne rupe kao rezultat kompresije zvijezde na neutronsku zvijezdu uz njeno naknadno sabijanje, onda vjerovatno glavni dio crne rupe čine neutroni, od kojih je sama neutronska zvijezda sastavljeno. Jednostavnim riječima: Kada se zvijezda sruši, njeni atomi se komprimiraju na takav način da se elektroni spajaju s protonima, formirajući tako neutrone. Slična reakcija se zapravo događa u prirodi, a stvaranjem neutrona dolazi do neutrina zračenja. Međutim, ovo su samo pretpostavke.

Šta se dešava ako upadnete u crnu rupu?

Pad u astrofizičku crnu rupu uzrokuje istezanje tijela. Zamislite hipotetičkog kosmonauta samoubice koji ide u crnu rupu samo u svemirskom odijelu, nogama naprijed. Prelazeći horizont događaja, astronaut neće primijetiti nikakve promjene, uprkos činjenici da više nema priliku da se vrati. U nekom trenutku, astronaut će doći do tačke (malo iza horizonta događaja) u kojoj će početi da se dešava deformacija njegovog tela. Budući da je gravitacijsko polje crne rupe neujednačeno i predstavljeno gradijentom sile koji raste prema centru, noge astronauta bit će podvrgnute primjetno većem gravitacijskom utjecaju nego, na primjer, glava. Tada će, zbog gravitacije, odnosno plimnih sila, noge brže „pasti“. Tako tijelo počinje postepeno da se izdužuje. Da bi opisali ovaj fenomen, astrofizičari su smislili prilično kreativan termin - špagetifikacija. Dalje rastezanje tijela vjerovatno će ga razložiti na atome, koji će prije ili kasnije dostići singularnost. Može se samo nagađati kako će se osoba osjećati u ovoj situaciji. Vrijedi napomenuti da je učinak istezanja tijela obrnuto proporcionalan masi crne rupe. Odnosno, ako crna rupa s masom tri Sunca trenutno rastegne/potrga tijelo, tada će supermasivna crna rupa imati manje plimne sile i postoje sugestije da bi neki fizički materijali mogli "tolerirati" takvu deformaciju bez gubitka strukture.

Kao što znate, vrijeme teče sporije u blizini masivnih objekata, što znači da će vrijeme za astronauta bombaša samoubicu teći mnogo sporije nego za zemljane. U ovom slučaju, možda će nadživjeti ne samo svoje prijatelje, već i samu Zemlju. Da bi se utvrdilo koliko će vremena usporiti astronautu, bit će potrebne kalkulacije, ali iz gore navedenog može se pretpostaviti da će astronaut vrlo sporo pasti u crnu rupu i, možda, jednostavno neće doživjeti trenutak kada mu tijelo počinje da se deformiše.

Važno je napomenuti da će za posmatrača izvana sva tijela koja lete do horizonta događaja ostati na rubu ovog horizonta sve dok njihova slika ne nestane. Razlog za ovaj fenomen je gravitacijski crveni pomak. Pojednostavljeno, možemo reći da će svjetlost koja pada na tijelo kosmonauta samoubice „zamrznutog“ na horizontu događaja promijeniti svoju frekvenciju zbog svog usporenog vremena. Jer vrijeme teče sporije, frekvencija svjetlosti će se smanjiti, a talasna dužina će se povećati. Kao rezultat ove pojave, na izlazu, odnosno za vanjskog posmatrača, svjetlo će se postepeno pomicati prema niskoj frekvenciji - crveno. Doći će do pomjeranja svjetlosti duž spektra, kako se kosmonaut samoubica sve više udaljava od posmatrača, iako gotovo neprimjetno, a njegovo vrijeme teče sve sporije. Tako će svjetlost koju reflektira njegovo tijelo uskoro izaći izvan vidljivog spektra (slika će nestati), a u budućnosti će se tijelo astronauta moći detektirati samo u području infracrvenog zračenja, kasnije u radio frekvenciji, i kao rezultat toga radijacija će biti potpuno neuhvatljiva.

Uprkos gore navedenom, pretpostavlja se da se u vrlo velikim supermasivnim crnim rupama plimne sile ne mijenjaju toliko s rastojanjem i djeluju gotovo ravnomjerno na tijelo koje pada. U ovom slučaju, letjelica koja pada zadržala bi svoju strukturu. Postavlja se razumno pitanje: kuda vodi crna rupa? Na ovo pitanje može se odgovoriti radom nekih naučnika, povezujući dva fenomena kao što su crvotočine i crne rupe.

Davne 1935. godine Albert Einstein i Nathan Rosen iznijeli su hipotezu o postojanju takozvanih crvotočina, povezujući dvije točke prostor-vremena kroz mjesta značajne zakrivljenosti potonjeg - Einstein-Rosenov most ili crvotočinu. Za tako snažnu zakrivljenost prostora bila bi potrebna tijela gigantske mase, čiju bi ulogu savršeno ispunile crne rupe.

Ajnštajn-Rozenov most se smatra neprohodnom crvotočinom jer je male veličine i nestabilan.

Prolazna crvotočina je moguća u okviru teorije crnih i bijelih rupa. Gdje je bijela rupa izlaz informacija zarobljenih u crnoj rupi. Bijela rupa je opisana u okviru opšte teorije relativnosti, ali danas ostaje hipotetička i nije otkrivena. Drugi model crvotočine predložili su američki naučnici Kip Thorne i njegov diplomirani student Mike Morris, koji može biti prohodan. Međutim, kako u slučaju Morris-Thorne crvotočine, tako iu slučaju crnih i bijelih rupa, mogućnost putovanja zahtijeva postojanje takozvane egzotične materije, koja ima negativnu energiju i također ostaje hipotetička.

Crne rupe u svemiru

Postojanje crnih rupa potvrđeno je relativno nedavno (septembar 2015.), ali prije toga je već bilo dosta teorijskog materijala o prirodi crnih rupa, kao i mnogo objekata kandidata za ulogu crne rupe. Prije svega, trebate uzeti u obzir veličinu crne rupe, jer sama priroda fenomena ovisi o njima:

Crna rupa zvezdane mase. Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela sposobnog da formira takvu crnu rupu je 2,5 - 3 solarne mase.
Crne rupe srednje mase. Uslovna srednja vrsta crne rupe koja je narasla usled apsorpcije obližnjih objekata, kao što je jato gasa, susedna zvezda (u sistemima od dve zvezde) i druga kosmička tela.
Supermasivna crna rupa. Kompaktni objekti sa 10 5 -10 10 solarnih masa. Karakteristična svojstva ovakvih crnih rupa su njihova paradoksalno mala gustina, kao i slabe plimne sile, koje smo ranije spomenuli. Ovo je upravo supermasivna crna rupa u centru naše galaksije. mliječni put(Strijelac A*, Sgr A*), kao i većina drugih galaksija.

Kandidati za ChD

Najbliža crna rupa, odnosno kandidat za ulogu crne rupe, je objekat (V616 Monoceros), koji se nalazi na udaljenosti od 3000 svjetlosnih godina od Sunca (u našoj galaksiji). Sastoji se od dvije komponente: zvijezde čija je masa polovina mase Sunca, kao i nevidljivog malog tijela čija je masa 3-5 solarnih masa. Ako se ovaj objekt pokaže kao mala crna rupa zvjezdane mase, onda će s pravom postati najbliža crna rupa.

Nakon ovog objekta, druga najbliža crna rupa je objekt Cygnus X-1 (Cyg X-1), koji je bio prvi kandidat za ulogu crne rupe. Udaljenost do njega je otprilike 6070 svjetlosnih godina. Prilično dobro proučeno: ima masu od 14,8 solarnih masa i radijus horizonta događaja od oko 26 km.

Prema nekim izvorima, još jedan najbliži kandidat za ulogu crne rupe može biti tijelo u zvjezdanom sistemu V4641 Strijelac (V4641 Sgr), koje se, prema procjenama iz 1999. godine, nalazilo na udaljenosti od 1600 svjetlosnih godina. Međutim, naknadne studije su povećale ovu udaljenost za najmanje 15 puta.

Koliko crnih rupa ima u našoj galaksiji?

Ne postoji tačan odgovor na ovo pitanje, jer je njihovo posmatranje prilično teško, a tokom čitavog perioda proučavanja neba naučnici su uspeli da otkriju desetak crnih rupa unutar Mlečnog puta. Bez upuštanja u proračune, napominjemo da u našoj galaksiji postoji oko 100-400 milijardi zvijezda, a otprilike svaka hiljadu zvijezda ima dovoljno mase da formira crnu rupu. Vjerovatno su milioni crnih rupa mogli nastati tokom postojanja Mliječnog puta. Budući da je lakše otkriti crne rupe ogromne veličine, logično je pretpostaviti da najvjerovatnije većina crnih rupa u našoj galaksiji nije supermasivna. Važno je napomenuti da istraživanje NASA-e iz 2005. godine ukazuje na prisustvo čitavog roja crnih rupa (10-20 hiljada) koje se okreću oko centra galaksije. Osim toga, 2016. godine japanski astrofizičari su otkrili masivni satelit u blizini objekta * - crne rupe, jezgra Mliječnog puta. Zbog malog radijusa (0,15 svjetlosnih godina) ovog tijela, kao i njegove ogromne mase (100.000 solarnih masa), naučnici pretpostavljaju da je ovaj objekt i supermasivna crna rupa.

Jezgro naše galaksije, crna rupa Mliječnog puta (Strijelac A*, Sgr A* ili Strijelac A*) je supermasivna i ima masu od 4,31 10 6 solarnih masa i radijus od 0,00071 svjetlosne godine (6,25 svjetlosnih sati ili 6,75 milijardi km). Temperatura Strelca A*, zajedno sa jatom oko njega, je oko 1·10 7 K.

Najveća crna rupa

Najveća crna rupa u svemiru koju su naučnici otkrili je supermasivna crna rupa, FSRQ blazar, u centru galaksije S5 0014+81, na udaljenosti od 1,2 10 10 svjetlosnih godina od Zemlje. Prema preliminarnim rezultatima posmatranja pomoću svemirske opservatorije Swift, masa crne rupe iznosila je 40 milijardi (40·10 9) solarnih masa, a Schwarzschildov radijus takve rupe bio je 118,35 milijardi kilometara (0,013 svjetlosnih godina). Osim toga, prema proračunima, nastao je prije 12,1 milijardu godina (1,6 milijardi godina nakon Velikog praska). Ako ova džinovska crna rupa ne apsorbuje materiju koja je okružuje, doživeće eru crnih rupa – jedno od era razvoja Univerzuma, tokom kojeg će crne rupe dominirati u njemu. Ako jezgro galaksije S5 0014+81 nastavi rasti, postat će jedna od posljednjih crnih rupa koje će postojati u Univerzumu.

Druge dvije poznate crne rupe, iako nemaju svoja imena, imaju najveća vrijednost za proučavanje crnih rupa, budući da su eksperimentalno potvrdile njihovo postojanje, a dale su i važne rezultate za proučavanje gravitacije. Riječ je o događaju GW150914, a to je sudar dvije crne rupe u jednu. Ovaj događaj je omogućio registraciju.

Detekcija crnih rupa

Prije razmatranja metoda za otkrivanje crnih rupa, trebali bismo odgovoriti na pitanje - zašto je crna rupa crna? – odgovor na ovo ne zahteva duboko poznavanje astrofizike i kosmologije. Činjenica je da crna rupa apsorbira sve zračenje koje pada na nju i uopće ne emituje, ako ne uzmete u obzir hipotetičko. Ako detaljnije razmotrimo ovaj fenomen, možemo pretpostaviti da se unutar crnih rupa ne odvijaju procesi koji dovode do oslobađanja energije u obliku elektromagnetnog zračenja. Zatim, ako crna rupa emituje, to čini u Hawkingovom spektru (koji se poklapa sa spektrom zagrijanog, apsolutno crnog tijela). Međutim, kao što je ranije spomenuto, ovo zračenje nije otkriveno, što sugerira da je temperatura crnih rupa potpuno niska.

Druga općeprihvaćena teorija kaže da elektromagnetno zračenje uopće nije sposobno napustiti horizont događaja. Najvjerovatnije je da fotone (čestice svjetlosti) ne privlače masivni objekti, jer, prema teoriji, oni sami nemaju masu. Međutim, crna rupa i dalje "privlači" fotone svjetlosti kroz izobličenje prostor-vremena. Ako crnu rupu u svemiru zamislimo kao neku vrstu udubljenja na glatkoj površini prostor-vremena, tada postoji određena udaljenost od centra crne rupe, približavajući se kojoj svjetlost više neće moći da se udalji od nje. Odnosno, grubo govoreći, svjetlost počinje "padati" u "rupu" koja čak i nema "dno".

Osim toga, ako uzmemo u obzir efekat gravitacionog crvenog pomaka, moguće je da svjetlost u crnoj rupi izgubi svoju frekvenciju, pomičući se duž spektra u područje niskofrekventnog dugovalnog zračenja sve dok potpuno ne izgubi energiju.

Dakle, crna rupa je crne boje i stoga je teško otkriti u svemiru.

Metode detekcije

Pogledajmo metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:

Pored gore navedenih metoda, naučnici često povezuju objekte kao što su crne rupe i. Kvazari su određeni skupovi kosmičkih tijela i plina, koji su među najsjajnijim astronomskim objektima u Univerzumu. Budući da imaju visok intenzitet luminiscencije pri relativno malim veličinama, postoji razlog za pretpostavku da je centar ovih objekata supermasivna crna rupa, koja privlači okolnu materiju. Zbog tako snažne gravitacijske privlačnosti, privučena materija je toliko zagrijana da intenzivno zrači. Otkriće takvih objekata obično se poredi sa otkrićem crne rupe. Ponekad kvazari mogu emitovati mlazove zagrijane plazme u dva smjera - relativističke mlaze. Razlozi za pojavu ovakvih mlazova nisu sasvim jasni, ali su vjerovatno uzrokovani interakcijom magnetnih polja crne rupe i akrecionog diska, a ne emituje ih direktna crna rupa.

Jet u galaksiji M87 puca iz centra crne rupe

Da sumiramo gore navedeno, može se zamisliti, izbliza: ovo je sferni crni predmet oko kojeg se rotira jako zagrijana materija, formirajući svijetleći akrecijski disk.

Spajanja i sudara crnih rupa

Jedan od najzanimljivijih fenomena u astrofizici je sudar crnih rupa, koji takođe omogućava otkrivanje tako masivnih astronomskih tijela. Takvi procesi su od interesa ne samo za astrofizičare, jer rezultiraju pojavama koje fizičari slabo proučavaju. Najupečatljiviji primjer je prethodno spomenuti događaj pod nazivom GW150914, kada su se dvije crne rupe toliko približile da su se, kao rezultat njihove međusobne gravitacijske privlačnosti, spojile u jednu. Važna posledica ovog sudara bila je pojava gravitacionih talasa.

Prema definiciji, gravitacioni talasi su promene u gravitacionom polju koje se talasasto šire od masivnih pokretnih objekata. Kada se dva takva objekta približe, počinju da se rotiraju opšti centar gravitacije. Kako se približavaju, njihova rotacija oko vlastite ose se povećava. Takve naizmjenične oscilacije gravitacionog polja u nekom trenutku mogu formirati jedan snažan gravitacijski val, koji se može širiti svemirom milionima svjetlosnih godina. Tako su se na udaljenosti od 1,3 milijarde svjetlosnih godina sudarile dvije crne rupe, stvarajući snažan gravitacijski talas koji je stigao do Zemlje 14. septembra 2015. godine, a zabilježili su ga detektori LIGO i VIRGO.

Kako crne rupe umiru?

Očigledno, da bi crna rupa prestala da postoji, morala bi izgubiti svu svoju masu. Međutim, prema njegovoj definiciji, ništa ne može napustiti crnu rupu ako je prešla horizont događaja. Poznato je da je mogućnost emisije čestica iz crne rupe prvi pomenuo sovjetski teorijski fizičar Vladimir Gribov, u svojoj raspravi sa drugim sovjetskim naučnikom Jakovom Zeldovičem. On je tvrdio da je sa stanovišta kvantne mehanike, crna rupa sposobna da emituje čestice kroz efekat tuneliranja. Kasnije, koristeći kvantnu mehaniku, engleski teorijski fizičar Stephen Hawking izgradio je vlastitu, malo drugačiju teoriju. Pročitajte više o ovaj fenomen Možete čitati. Ukratko, u vakuumu postoje takozvane virtuelne čestice, koje se neprestano rađaju u parovima i međusobno se uništavaju, bez interakcije sa spoljnim svetom. Ali ako se takvi parovi pojave na horizontu događaja crne rupe, onda je jaka gravitacija hipotetički sposobna da ih razdvoji, pri čemu jedna čestica pada u crnu rupu, a druga se udaljava od crne rupe. A budući da se čestica koja odlijeće iz rupe može promatrati i stoga ima pozitivnu energiju, onda čestica koja pada u rupu mora imati negativnu energiju. Tako će crna rupa izgubiti energiju i doći će do efekta koji se zove isparavanje crne rupe.

Prema postojećim modelima crne rupe, kao što je ranije spomenuto, kako se njena masa smanjuje, njeno zračenje postaje sve intenzivnije. Zatim, u završnoj fazi postojanja crne rupe, kada se može smanjiti na veličinu kvantne crne rupe, ona će osloboditi ogromnu količinu energije u obliku zračenja, koja bi mogla biti ekvivalentna hiljadama ili čak milionima atomskih bombe. Ovaj događaj pomalo podsjeća na eksploziju crne rupe, poput iste bombe. Prema proračunima, primordijalne crne rupe su mogle nastati kao rezultat Velikog praska, a one od njih s masom od oko 10 12 kg bi isparile i eksplodirale oko našeg vremena. Bilo kako bilo, takve eksplozije astronomi nikada nisu primijetili.

Uprkos Hawkingovom predloženom mehanizmu za uništavanje crnih rupa, svojstva Hawkingovog zračenja uzrokuju paradoks u okviru kvantne mehanike. Ako crna rupa apsorbira određeno tijelo, a zatim izgubi masu koja je rezultat apsorpcije ovog tijela, tada bez obzira na prirodu tijela, crna rupa se neće razlikovati od onoga što je bila prije apsorpcije tijela. U ovom slučaju, informacije o tijelu su zauvijek izgubljene. Sa stanovišta teorijskih proračuna, transformacija početnog čistog stanja u rezultirajuće mješovito (“termalno”) stanje ne odgovara trenutnoj teoriji kvantne mehanike. Ovaj paradoks se ponekad naziva nestanak informacija u crnoj rupi. Definitivno rješenje za ovaj paradoks nikada nije pronađeno. Poznata rješenja paradoksa:

Nevaljanost Hawkingove teorije. To podrazumijeva nemogućnost uništavanja crne rupe i njen stalni rast.
Prisustvo bijelih rupa. U ovom slučaju, apsorbirana informacija ne nestaje, već se jednostavno baca u drugi Univerzum.
Nedosljednost općeprihvaćene teorije kvantne mehanike.

Neriješen problem fizike crne rupe

Sudeći po svemu što je ranije opisano, iako se crne rupe relativno proučavaju dugo vremena, još uvijek imaju mnoge karakteristike, čiji su mehanizmi naučnicima još uvijek nepoznati.

Engleski naučnik je 1970. godine formulisao tzv. “princip kosmičke cenzure” – “Priroda se gnuša gole singularnosti.” To znači da se singularnosti formiraju samo na skrivenim mjestima, poput centra crne rupe. Međutim, ovaj princip još nije dokazan. Postoje i teorijski proračuni prema kojima može nastati „gola“ singularnost.
Nije dokazana ni “teorema bez kose”, prema kojoj crne rupe imaju samo tri parametra.
Potpuna teorija magnetosfere crne rupe nije razvijena.
Priroda i fizika gravitacione singularnosti nisu proučavane.
Ne zna se sa sigurnošću šta se dešava u završnoj fazi postojanja crne rupe, a šta ostaje nakon njenog kvantnog raspada.

Zanimljive činjenice o crnim rupama

Sumirajući gore navedeno, možemo izdvojiti nekoliko zanimljivih i neobične karakteristike priroda crnih rupa:

BH imaju samo tri parametra: masu, električni naboj i ugaoni moment. Kao rezultat tako malog broja karakteristika ovog tijela, teorema u kojoj se to navodi naziva se “teorema bez dlake”. Otuda je i potekla fraza „crna rupa nema dlaku“, što znači da su dvije crne rupe apsolutno identične, njihova tri navedena parametra su ista.
Gustoća crne rupe može biti manja od gustine zraka, a temperatura je blizu apsolutne nule. Iz ovoga možemo pretpostaviti da do stvaranja crne rupe ne dolazi zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu.
Vrijeme prolazi mnogo sporije za tijela koja apsorbira crna rupa nego za vanjskog posmatrača. Osim toga, apsorbirana tijela se značajno protežu unutar crne rupe, što naučnici nazivaju špagetifikacija.
Možda postoji oko milion crnih rupa u našoj galaksiji.
Verovatno postoji supermasivna crna rupa u centru svake galaksije.
U budućnosti, prema teorijski model, Univerzum će dostići takozvanu eru crnih rupa, kada će BH postati dominantna tijela u Univerzumu.

Jeste li ikada vidjeli da se pod usisava? Ako jeste, jeste li primijetili kako usisivač usisava prašinu i sitne ostatke poput komadića papira? Naravno da su primetili. Crne rupe rade otprilike istu stvar kao i usisivač, ali umjesto prašine, radije usisavaju veće objekte: zvijezde i planete. Međutim, neće prezirati ni kosmičku prašinu.

Kako se pojavljuju crne rupe?

Da bismo razumeli odakle dolaze crne rupe, bilo bi lepo znati šta je svetlosni pritisak. Ispostavilo se da svjetlost koja pada na predmete vrši pritisak na njih. Na primjer, ako upalimo sijalicu u mračnoj prostoriji, tada će na sve osvijetljene objekte početi djelovati dodatna sila laganog pritiska. Ova sila je veoma mala i unutra Svakodnevni život mi to, naravno, nikada nećemo moći da osetimo. Razlog je taj što je sijalica vrlo slab izvor svjetlosti. (IN laboratorijskim uslovima Svjetlosni pritisak sijalice još uvijek se može izmjeriti; ruski fizičar P. N. Lebedev je to prvi učinio) Sa zvijezdama je situacija drugačija. Dok je zvijezda mlada i blista, u njoj se bore tri sile. S jedne strane, sila gravitacije, koja teži da sabije zvijezdu u tačku, povlači vanjske slojeve prema unutra prema jezgru. S druge strane, postoji sila laganog pritiska i sila pritiska vrućeg gasa, koja teži da naduva zvezdu. Svjetlost proizvedena u jezgru zvijezde je toliko intenzivna da odbacuje vanjske slojeve zvijezde i uravnotežuje silu gravitacije koja ih vuče prema centru. Kako zvijezda stari, njeno jezgro proizvodi sve manje svjetla. To se događa zato što tokom života zvijezde izgori cjelokupna zaliha vodonika, o tome smo već pisali. Ako je zvijezda vrlo velika, 20 puta teža od Sunca, tada su njene vanjske školjke vrlo velike mase. Stoga, u teškoj zvijezdi, vanjski slojevi počinju da se pomiču sve bliže i bliže jezgru, a cijela zvijezda počinje da se skuplja. Istovremeno, gravitaciona sila na površini zvezde koja se skuplja raste. Što se zvijezda više skuplja, to jače počinje da privlači okolnu materiju. Na kraju, zvezdana gravitacija postaje toliko monstruozno jaka da čak ni svetlost koju emituje ne može da pobegne. U ovom trenutku zvijezda postaje crna rupa. Više ne emituje ništa, već samo upija sve što je u blizini, uključujući i svjetlost. Iz nje ne izlazi ni jedan zrak svjetlosti, tako da ga niko ne vidi, i zato se zove crna rupa: sve se uvlači i više se ne vraća.

Kako izgleda crna rupa?

Da smo ti i ja pored crne rupe, videli bismo prilično veliki svetleći disk koji rotira oko malog, potpuno crnog područja prostora. Ovo crno područje je crna rupa. A svijetleći disk oko njega je materija koja pada u crnu rupu. Takav disk se naziva akrecijski disk. Gravitacija crne rupe je vrlo jaka, pa se materija uvučena unutra kreće vrlo velikim ubrzanjem i zbog toga počinje da zrači. Proučavajući svjetlost koja dolazi iz takvog diska, astronomi mogu naučiti mnogo o samoj crnoj rupi. Još jedan indirektni znak Postojanje crne rupe je neobično kretanje zvijezda oko određenog područja svemira. Gravitacija rupe tjera obližnje zvijezde da se kreću po eliptičnim orbitama. Takva kretanja zvijezda bilježe i astronomi.
Sada je pažnja naučnika usmerena na crnu rupu koja se nalazi u centru naše galaksije. Činjenica je da se oblak vodonika čija je masa oko 3 puta veća od mase Zemlje približava crnoj rupi. Ovaj oblak je već počeo da menja svoj oblik usled gravitacije crne rupe, u narednim godinama će se još više rastezati i biće uvučen unutar crne rupe.

Nikada nećemo moći da vidimo procese koji se dešavaju unutar crne rupe, pa se možemo zadovoljiti samo posmatranjem diska oko crne rupe. Ali i ovdje nas čeka puno zanimljivih stvari. Možda je najzanimljiviji fenomen formiranje ultra brzih mlaznica materije koji izlaze iz centra ovog diska. Mehanizam ovog fenomena ostaje da se razjasni, a sasvim je moguće da će neko od vas stvoriti teoriju za formiranje ovakvih mlazova. Za sada možemo registrovati samo rendgenske bljeskove koji prate takve "snimke".

Ovaj video prikazuje kako crna rupa postepeno hvata materijal sa obližnje zvijezde. U tom slučaju oko crne rupe se formira akrecijski disk, a dio njegove materije se izbacuje u svemir ogromnom brzinom. Ovo stvara veliku količinu rendgenskog zračenja, koje pokupi satelit koji se kreće oko Zemlje.

Kako funkcioniše crna rupa?

Crna rupa se može podijeliti na tri glavna dijela. Vanjski dio, u kojem još uvijek možete izbjeći pad u crnu rupu ako se krećete velikom brzinom. Dublje od vanjskog dijela nalazi se horizont događaja - ovo je zamišljena granica, nakon prelaska koje tijelo gubi svaku nadu da će se vratiti iz crne rupe. Sve što je izvan horizonta događaja ne može se vidjeti spolja, jer zbog jake gravitacije ni svjetlost koja se kreće iznutra neće moći da odleti dalje od njega. Vjeruje se da se u samom centru crne rupe nalazi singularitet - prostor male zapremine u kojem je koncentrisana ogromna masa - srce crne rupe.

Da li je moguće doletjeti do crne rupe?

Na velikoj udaljenosti, privlačenje crne rupe je potpuno isto kao i privlačenje obične zvijezde iste mase kao crna rupa. Kako se približavate horizontu događaja, privlačnost će postajati sve jača i jača. Stoga možete doletjeti do crne rupe, ali je bolje da se klonite nje kako biste se mogli vratiti nazad. Astronomi su morali gledati kako je crna rupa usisala obližnju zvijezdu unutra. Kako je to izgledalo možete pogledati u ovom videu:

Hoće li se naše Sunce pretvoriti u crnu rupu?

Ne, neće se okrenuti. Masa Sunca je premala za ovo. Proračuni pokazuju da zvijezda mora biti barem 4 puta masivnija od Sunca da bi postala crna rupa. Umjesto toga, Sunce će postati crveni džin i naduvati se do veličine Zemljine orbite prije nego što odbaci svoj vanjski omotač i postane bijeli patuljak. Definitivno ćemo vam reći nešto više o evoluciji Sunca.

Bezgranični Univerzum pun je tajni, zagonetki i paradoksa. Uprkos činjenici da je moderna nauka napravila veliki iskorak u istraživanju svemira, mnogo toga u ovom ogromnom svijetu ostaje neshvatljivo ljudskom svjetonazoru. Znamo mnogo o zvijezdama, maglinama, jatom i planetama. Međutim, u prostranstvu Univerzuma postoje objekti o čijem postojanju možemo samo nagađati. Na primjer, znamo vrlo malo o crnim rupama. Osnovne informacije i saznanja o prirodi crnih rupa zasnivaju se na pretpostavkama i nagađanjima. Astrofizičari i nuklearni naučnici se decenijama bore s ovim problemom. Šta je crna rupa u svemiru? Kakva je priroda takvih objekata?

Govoreći o crnim rupama jednostavnim riječima

Da biste zamislili kako izgleda crna rupa, samo pogledajte rep voza koji ide u tunel. Signalna svjetla na posljednjem vagonu smanjit će se kako se vlak produbljuje u tunel dok potpuno ne nestanu iz vidokruga. Drugim riječima, radi se o objektima u kojima zbog monstruozne gravitacije čak i svjetlost nestaje. Elementarne čestice, elektroni, protoni i fotoni nisu u stanju da savladaju nevidljivu barijeru i padnu u crni ponor ništavila, zbog čega se takva rupa u svemiru naziva crnom. Unutar njega nema ni najmanje svjetlosne površine, potpuna tama i beskonačnost. Ne zna se šta se nalazi s druge strane crne rupe.

Ovaj svemirski usisivač ima kolosalnu gravitacijsku silu i sposoban je da apsorbira cijelu galaksiju sa svim jatama i superjatom zvijezda, s maglinama i tamnom materijom. Kako je to moguće? Možemo samo nagađati. Zakoni fizike koji su nam poznati u u ovom slučaju pucaju po šavovima i ne daju objašnjenje za procese koji se odvijaju. Suština paradoksa je da je u datom dijelu svemira gravitacijska interakcija tijela određena njihovom masom. Na proces apsorpcije jednog objekta drugog ne utiče njihov kvalitativni i kvantitativni sastav. Dospijevaju čestice kritična količina u određenom području, ući u drugi nivo interakcije, gdje gravitacijske sile postaju sile privlačenja. Tijelo, predmet, tvar ili materija počinje se sabijati pod utjecajem gravitacije, dostižući kolosalnu gustoću.

Približno slični procesi se dešavaju prilikom formiranja neutronske zvezde, gde se zvezdana materija sabija u zapremini pod uticajem unutrašnje gravitacije. Slobodni elektroni se kombinuju sa protonima i formiraju električno neutralne čestice koje se nazivaju neutroni. Gustina ove supstance je ogromna. Čestica materije veličine komada rafinisanog šećera teška je milijarde tona. Ovdje bi bilo prikladno podsjetiti se na opštu teoriju relativnosti, gdje su prostor i vrijeme neprekidne veličine. Posljedično, proces kompresije se ne može zaustaviti na pola puta i stoga nema ograničenja.

Potencijalno, crna rupa izgleda kao rupa u kojoj može doći do prijelaza iz jednog dijela prostora u drugi. Istovremeno, svojstva prostora i vremena se mijenjaju, uvijajući se u prostorno-vremenski lijevak. Dosegnuvši dno ovog levka, svaka materija se raspada u kvante. Šta je s druge strane crne rupe, ove džinovske rupe? Možda postoji još jedan prostor tamo gdje vrijede drugi zakoni i vrijeme teče u suprotnom smjeru.

U kontekstu teorije relativnosti, teorija crne rupe izgleda ovako. Tačka u svemiru u kojoj su gravitacijske sile komprimovale bilo koju materiju do mikroskopskih veličina ima kolosalnu silu privlačenja, čija se veličina povećava do beskonačnosti. Pojavljuje se nabor vremena, a prostor se savija, zatvarajući se u jednom trenutku. Predmeti koje je progutala crna rupa nisu u stanju da samostalno izdrže silu vučenja ovog monstruoznog usisivača. Čak ni brzina svjetlosti, koju posjeduju kvanti, ne dozvoljava elementarnim česticama da savladaju silu gravitacije. Svako tijelo koje dođe do takve točke prestaje biti materijalni objekt, stapajući se sa prostorno-vremenskim mjehurićem.

Crne rupe sa naučne tačke gledišta

Ako se zapitate, kako nastaju crne rupe? Neće biti jasnog odgovora. U Univerzumu postoji dosta paradoksa i kontradikcija koje se ne mogu objasniti sa naučne tačke gledišta. Ajnštajnova teorija relativnosti dozvoljava samo teorijsko objašnjenje prirode takvih objekata, ali kvantna mehanika i fizika u ovom slučaju ćute.

Pokušavajući objasniti procese koji se odvijaju zakonima fizike, slika će izgledati ovako. Objekt nastao kao rezultat kolosalne gravitacijske kompresije masivnog ili supermasivnog kosmičkog tijela. Ovaj proces je naučni naziv- gravitacioni kolaps. Izraz "crna rupa" prvi put se čuo u naučnoj zajednici 1968. godine, kada je američki astronom i fizičar John Wheeler pokušao da objasni stanje kolapsa zvijezde. Prema njegovoj teoriji, na mjestu masivne zvijezde koja je pretrpjela gravitacijski kolaps pojavljuje se prostorni i vremenski jaz u kojem djeluje sve veća kompresija. Sve od čega je zvezda napravljena ide u sebe.

Ovo objašnjenje nam omogućava da zaključimo da priroda crnih rupa ni na koji način nije povezana s procesima koji se odvijaju u Univerzumu. Sve što se dešava unutar ovog objekta ne odražava se ni na koji način na okolni prostor jednim „ALI“. Gravitaciona sila crne rupe je toliko jaka da savija prostor, uzrokujući da se galaksije okreću oko crnih rupa. Shodno tome, postaje jasan razlog zašto galaksije poprimaju oblik spirala. Koliko će vremena trebati da ogromna galaksija Mliječni put nestane u ponoru supermasivne crne rupe, nije poznato. Zanimljiva je činjenica da se crne rupe mogu pojaviti bilo gdje u svemiru, gdje su stvoreni idealni uslovi za to. Takav nabor vremena i prostora neutrališe ogromne brzine kojima se zvijezde rotiraju i kreću kroz prostor galaksije. Vrijeme u crnoj rupi teče u drugoj dimenziji. Unutar ovog regiona, nikakvi zakoni gravitacije se ne mogu tumačiti u terminima fizike. Ovo stanje se naziva singularitet crne rupe.

Crne rupe ne pokazuju nikakve vanjske znakove identifikacije, o njihovom postojanju može se suditi po ponašanju drugih svemirskih objekata na koje utječu gravitacijska polja. Cijela slika borbe na život i smrt odvija se na granici crne rupe koja je prekrivena membranom. Ova zamišljena površina lijevka naziva se "horizont događaja". Sve što vidimo do ove granice je opipljivo i materijalno.

Scenariji formiranja crne rupe

Razvijajući teoriju Johna Wheelera, možemo zaključiti da misterija crnih rupa najvjerovatnije nije u procesu svog formiranja. Formiranje crne rupe nastaje kao rezultat kolapsa neutronske zvijezde. Štaviše, masa takvog objekta trebala bi biti veća od mase Sunca tri ili više puta. Neutronska zvijezda se skuplja sve dok njena vlastita svjetlost više ne bude u stanju pobjeći iz čvrstog zagrljaja gravitacije. Postoji ograničenje veličine do koje se zvijezda može smanjiti, stvarajući crnu rupu. Ovaj radijus se naziva gravitacioni radijus. Masivne zvijezde u završnoj fazi svog razvoja trebale bi imati gravitacijski radijus od nekoliko kilometara.

Danas su naučnici dobili indirektne dokaze o prisustvu crnih rupa u desetak rendgenskih binarnih zvijezda. Rendgenske zvijezde, pulsari ili bursteri nemaju čvrstu površinu. Osim toga, njihova masa je veća od mase tri Sunca. Trenutni status svemir u sazviježđu Labud - rendgenska zvijezda Labud X-1, omogućava nam da pratimo proces formiranja ovih znatiželjnih objekata.

Na osnovu istraživanja i teorijskih pretpostavki, danas u nauci postoje četiri scenarija za nastanak crnih zvijezda:

gravitacijski kolaps masivne zvijezde u završnoj fazi njene evolucije;
kolaps centralnog regiona galaksije;
formiranje crnih rupa tokom Velikog praska;
formiranje kvantnih crnih rupa.

Prvi scenario je najrealniji, ali broj crnih zvijezda koji su nam danas poznati premašuje broj poznatih neutronskih zvijezda. A starost Univerzuma nije toliko velika da bi toliki broj masivnih zvijezda mogao proći kroz puni proces evolucije.

Drugi scenario ima pravo na život, i ono postoji sjajan primjer- supermasivna crna rupa Sagittarius A*, smeštena u centru naše galaksije. Masa ovog objekta je 3,7 solarnih masa. Mehanizam ovog scenarija sličan je scenariju gravitacionog kolapsa, s jedinom razlikom što se ne kolabira zvijezda, već međuzvjezdani plin. Pod uticajem gravitacionih sila, gas se komprimira do kritične mase i gustine. U kritičnom trenutku materija se raspada na kvante, formirajući crnu rupu. Međutim, ova teorija je pod sumnjom, jer su nedavno astronomi sa Univerziteta Kolumbija identifikovali satelite crne rupe Strelac A*. Ispostavilo se da su to mnoge male crne rupe, koje su vjerovatno nastale na drugačiji način.

Treći scenario je više teorijski i povezan je sa postojanjem teorije Velikog praska. U trenutku formiranja Univerzuma, dio materije i gravitacijskih polja pretrpjeli su fluktuacije. Drugim riječima, procesi su krenuli drugačijim putem, nevezanim za poznate procese kvantne mehanike i nuklearne fizike.

Posljednji scenarij fokusira se na fiziku nuklearne eksplozije. U nakupinama materije, tokom nuklearnih reakcija pod uticajem gravitacionih sila, dolazi do eksplozije na čijem mestu nastaje crna rupa. Materija eksplodira unutra, upijajući sve čestice.

Postojanje i evolucija crnih rupa

Imajući grubu predstavu o prirodi tako čudnih svemirskih objekata, zanimljivo je još nešto. Koje su prave veličine crnih rupa i koliko brzo rastu? Veličine crnih rupa određene su njihovim gravitacijskim radijusom. Za crne rupe, radijus crne rupe je određen njenom masom i naziva se Schwarzschildov radijus. Na primjer, ako objekt ima masu jednaku masi naše planete, tada je Schwarzschildov radijus u ovom slučaju 9 mm. Naša glavna svjetiljka ima radijus od 3 km. Prosječna gustina crne rupe formirane na mjestu zvijezde s masom od 10⁸ solarnih masa bit će bliska gustini vode. Radijus takve formacije bit će 300 miliona kilometara.

Vjerovatno se takve džinovske crne rupe nalaze u centru galaksija. Do danas je poznato 50 galaksija u čijem središtu se nalaze ogromni vremenski i prostorni bunari. Masa takvih divova je milijarde mase Sunca. Može se samo zamisliti kakvu kolosalnu i monstruoznu silu privlačenja ima takva rupa.

Što se tiče malih rupa, radi se o mini objektima čiji radijus dostiže zanemarljive vrijednosti, svega 10¯¹² cm.Masa takvih mrvica je 10¹⁴g. Takve formacije nastale su u vrijeme Velikog praska, ali su se vremenom povećale i danas se vijore u svemiru kao čudovišta. Naučnici sada pokušavaju da rekreiraju uslove pod kojima su se male crne rupe formirale u zemaljskim uslovima. U te svrhe se izvode eksperimenti u elektronskim sudaračima, kroz koje elementarne čestice ubrzava do brzine svetlosti. Prvi eksperimenti omogućili su dobijanje kvark-gluonske plazme u laboratorijskim uslovima - materije koja je postojala u zoru formiranja Univerzuma. Ovakvi eksperimenti nam omogućavaju da se nadamo da je crna rupa na Zemlji samo pitanje vremena. Druga je stvar da li se ovakvo dostignuće ljudske nauke neće pretvoriti u katastrofu za nas i našu planetu. Kreiranjem umjetne crne rupe možemo otvoriti Pandorinu kutiju.

Nedavna zapažanja drugih galaksija omogućila su naučnicima da otkriju crne rupe čije dimenzije premašuju sva zamisliva očekivanja i pretpostavke. Evolucija koja se dešava sa takvim objektima omogućava nam da bolje razumemo zašto masa crnih rupa raste i koja je njena stvarna granica. Naučnici su zaključili da su sve poznate crne rupe narasle do svoje stvarne veličine u roku od 13-14 milijardi godina. Razlika u veličini objašnjava se gustinom okolnog prostora. Ako crna rupa ima dovoljno hrane u dosegu njenih gravitacionih sila, ona raste skokovima i granicama, dostižući masu od stotina ili hiljada solarnih masa. Otuda gigantska veličina takvih objekata koji se nalaze u centru galaksija. Ogromno jato zvijezda, ogromne mase međuzvjezdanog plina pružaju obilje hrane za rast. Kada se galaksije spoje, crne rupe se mogu spojiti i formirati novi supermasivni objekat.

Sudeći po analizi evolucijskim procesima, uobičajeno je razlikovati dvije klase crnih rupa:

objekti čija je masa 10 puta veća od Sunčeve mase;
masivni objekti čija je masa stotine hiljada, milijarde solarnih masa.

Postoje crne rupe čija je prosječna srednja masa jednaka 100-10 hiljada solarnih masa, ali njihova priroda još uvijek ostaje nepoznata. Postoji otprilike jedan takav objekat po galaksiji. Proučavanje rendgenskih zvijezda omogućilo je pronalaženje dvije crne rupe srednje mase na udaljenosti od 12 miliona svjetlosnih godina u galaksiji M82. Masa jednog objekta varira u rasponu od 200-800 solarnih masa. Drugi objekat je mnogo veći i ima masu od 10-40 hiljada solarnih masa. Zanimljiva je sudbina takvih objekata. Nalaze se u blizini zvjezdanih jata, postepeno ih privlače supermasivna crna rupa koja se nalazi u središnjem dijelu galaksije.

Naša planeta i crne rupe

Uprkos potrazi za tragovima o prirodi crnih rupa, naučni svet brine o mjestu i ulozi crne rupe u sudbini galaksije Mliječni put i, posebno, u sudbini planete Zemlje. Nabor vremena i prostora koji postoji u centru Mliječnog puta postepeno upija sve postojeće objekte oko sebe. Milioni zvijezda i trilioni tona međuzvjezdanog plina već su progutani u crnoj rupi. Vremenom će doći red na krak Labuda i Strelca, u kojem se nalazi Sunčev sistem, koji pokriva razdaljinu od 27 hiljada svetlosnih godina.

Druga najbliža supermasivna crna rupa nalazi se u centralnom dijelu galaksije Andromeda. Udaljena je oko 2,5 miliona svjetlosnih godina od nas. Verovatno, pre nego što naš objekat Strelac A* proguta sopstvenu galaksiju, treba očekivati spajanje dve susedne galaksije. Shodno tome, dvije supermasivne crne rupe spojit će se u jednu, strašne i monstruozne veličine.

Male crne rupe su sasvim druga stvar. Za progutanje planete Zemlje dovoljna je crna rupa poluprečnika od nekoliko centimetara. Problem je što je crna rupa po svojoj prirodi potpuno bezličan objekat. Iz njegovog trbuha ne izlazi nikakvo zračenje ili zračenje, tako da je prilično teško primijetiti tako misteriozni objekt. Samo iz neposredne blizine možete otkriti savijanje pozadinskog svjetla, što ukazuje da postoji rupa u svemiru u ovoj regiji Univerzuma.

Do danas su naučnici utvrdili da je najbliža crna rupa Zemlji objekat V616 Monocerotis. Čudovište se nalazi 3000 svjetlosnih godina od našeg sistema. Ovo je velika formacija, njena masa je 9-13 solarnih masa. Još jedan obližnji objekat koji predstavlja prijetnju našem svijetu je crna rupa Gygnus X-1. Od ovog čudovišta nas dijeli udaljenost od 6.000 svjetlosnih godina. Crne rupe otkrivene u našem susjedstvu dio su binarnog sistema, tj. postoje u neposrednoj blizini zvezde koja hrani nezasitni objekat.

Zaključak

Postojanje tako misterioznih i misterioznih objekata u svemiru kao što su crne rupe svakako nas tjera da budemo na oprezu. Međutim, sve što se dešava crnim rupama događa se prilično rijetko, s obzirom na starost svemira i velike udaljenosti. Već 4,5 milijardi godina Sunčev sistem miruje i postoji po nama poznatim zakonima. Za to vrijeme, ništa slično ovome, nikakvo izobličenje prostora, nikakav nabor vremena u blizini Solarni sistem nije se pojavio. Vjerovatno ne zbog ovoga pogodne uslove. Dio Mliječnog puta u kojem se nalazi Sunčev zvjezdani sistem je mirno i stabilno područje svemira.

Naučnici priznaju da pojava crnih rupa nije slučajna. Takvi objekti igraju ulogu redara u Univerzumu, uništavajući višak kosmičkih tijela. Što se tiče sudbine samih čudovišta, njihova evolucija još nije u potpunosti proučena. Postoji verzija da crne rupe nisu vječne i da u određenoj fazi mogu prestati postojati. Više nije tajna da takvi objekti predstavljaju moćne izvore energije. O kakvoj energiji se radi i kako se mjeri je druga stvar.

Kroz napore Stephena Hawkinga, nauci je predstavljena teorija da crna rupa i dalje emituje energiju dok gubi svoju masu. U svojim pretpostavkama, naučnik se vodio teorijom relativnosti, gdje su svi procesi međusobno povezani. Ništa jednostavno ne nestaje, a da se ne pojavi negdje drugdje. Bilo koja materija se može transformisati u drugu supstancu, pri čemu jedna vrsta energije prelazi na drugi energetski nivo. To može biti slučaj sa crnim rupama, koje su prijelazni portal iz jednog stanja u drugo.

Ako imate bilo kakvih pitanja, ostavite ih u komentarima ispod članka. Mi ili naši posjetioci rado ćemo im odgovoriti

Datum objave: 27.09.2012

Većina ljudi ima nejasnu ili netačnu ideju o tome šta su crne rupe. U međuvremenu, to su tako globalni i moćni objekti Univerzuma, u poređenju sa kojima naša Planeta i cijeli naš život nisu ništa.

Essence

Ovo je kosmički objekat sa tako ogromnom gravitacijom da upija sve što spada u njegove granice. U suštini, crna rupa je objekat koji čak ne ispušta svjetlost i savija prostor-vrijeme. Čak se i vrijeme kreće sporije u blizini crnih rupa.

U stvari, postojanje crnih rupa je samo teorija (i malo prakse). Naučnici imaju pretpostavke i praktično iskustvo, ali još nisu bili u mogućnosti da izbliza prouče crne rupe. Stoga se svi objekti koji odgovaraju ovom opisu konvencionalno nazivaju crnim rupama. Crne rupe su malo proučavane i stoga mnoga pitanja ostaju neriješena.

Svaka crna rupa ima horizont događaja - tu granicu nakon koje ništa ne može pobjeći. Štaviše, što je objekat bliže crnoj rupi, to se sporije kreće.

Obrazovanje

Postoji nekoliko vrsta i metoda stvaranja crnih rupa:
- formiranje crnih rupa kao rezultat formiranja Univerzuma. Takve crne rupe pojavile su se odmah nakon Velikog praska.
- umiruće zvezde. Kada zvijezda izgubi energiju i termonuklearne reakcije stop - zvijezda počinje da se smanjuje. Ovisno o stepenu kompresije razlikuju se neutronske zvijezde, bijeli patuljci i, zapravo, crne rupe.
- dobijeno eksperimentom. Na primjer, kvantna crna rupa se može stvoriti u sudaraču.

Verzije

Mnogi naučnici su skloni vjerovati da crne rupe svu apsorbiranu materiju izbacuju na drugo mjesto. One. Moraju postojati “bijele rupe” koje rade na drugom principu. Ako možete ući u crnu rupu, ali ne možete izaći, onda, naprotiv, ne možete ući u bijelu rupu. Glavni argument naučnika su oštre i snažne eksplozije energije zabeležene u svemiru.

Zagovornici teorije struna uglavnom su kreirali vlastiti model crne rupe, koji ne uništava informacije. Njihova teorija se zove "Fuzzball" - omogućava nam da odgovorimo na pitanja vezana za singularnost i nestanak informacija.

Šta je singularnost i nestanak informacija? Singularnost je tačka u prostoru koju karakteriše beskonačan pritisak i gustina. Mnogi ljudi su zbunjeni činjenicom singularnosti, jer fizičari ne mogu raditi s beskonačnim brojevima. Mnogi su sigurni da postoji singularnost u crnoj rupi, ali njena svojstva su opisana vrlo površno.

Jednostavno rečeno, svi problemi i nesporazumi proizlaze iz odnosa između kvantne mehanike i gravitacije. Do sada naučnici ne mogu stvoriti teoriju koja ih ujedinjuje. I zato nastaju problemi sa crnom rupom. Na kraju krajeva, čini se da crna rupa uništava informacije, ali su u isto vrijeme narušeni temelji kvantne mehanike. Iako se činilo da je sasvim nedavno S. Hawking riješio ovaj problem, navodeći da se informacije u crnim rupama ipak ne uništavaju.

Stereotipi

Prvo, crne rupe ne mogu postojati beskonačno. I sve zahvaljujući Hawkingovom isparavanju. Stoga ne treba misliti da će crne rupe prije ili kasnije progutati Univerzum.

Drugo, naše Sunce neće postati crna rupa. Pošto masa naše zvezde neće biti dovoljna. Naše sunce će se uskoro pretvoriti u bijeli patuljak(a to nije činjenica).

Treće, Veliki hadronski sudarač neće uništiti našu Zemlju stvaranjem crne rupe. Čak i ako namjerno stvore crnu rupu i "oslobode" je, onda će zbog svoje male veličine progutati našu planetu jako, jako dugo.

Četvrto, ne morate misliti da je crna rupa "rupa" u svemiru. Crna rupa je sferni objekat. Otuda i većina mišljenja da crne rupe vode do paralelnog Univerzuma. Međutim, ova činjenica još nije dokazana.

Peto, crna rupa nema boju. Detektuje se ili rendgenskim zračenjem ili na pozadini drugih galaksija i zvijezda (efekat sočiva).

Jer ljudi često brkaju crne rupe sa crvotočinama (koje zapravo postoje), neke obični ljudi ovi koncepti se ne razlikuju. Crvotočina vam zaista omogućava kretanje u prostoru i vremenu, ali zasad samo u teoriji.

Kompleksne stvari jednostavnim rečima

Teško je jednostavnim jezikom opisati takav fenomen kao crna rupa. Ako smatrate da ste tehničar upućen u egzaktne nauke, onda vam savjetujem da direktno čitate radove naučnika. Ako želite da saznate više o ovom fenomenu, pročitajte radove Stephena Hawkinga. Učinio je mnogo za nauku, a posebno u oblasti crnih rupa. Isparavanje crnih rupa je nazvano po njemu. Pobornik je pedagoškog pristupa, pa će svi njegovi radovi biti razumljivi i prosječnom čovjeku.

knjige:
- "Crne rupe i mladi svemiri" 1993.
- “Svijet ukratko 2001.”
- « Kratka istorija Univerzum 2005"

Posebno želim da preporučim njegove naučnopopularne filmove, koji će vam jasnim jezikom govoriti ne samo o crnim rupama, već i o Univerzumu općenito:
- “Univerzum Stephena Hawkinga” - serija od 6 epizoda.
- "Duboko u svemir sa Stephenom Hawkingom" - serija od 3 epizode.
Svi ovi filmovi su prevedeni na ruski i često se prikazuju na Discovery kanalima.

Hvala vam na pažnji!

Najnoviji savjeti iz odjeljka Nauka i tehnologija:

Da li vam je ovaj savjet pomogao? Možete pomoći projektu tako što ćete donirati bilo koji iznos po svom nahođenju za njegov razvoj. Na primjer, 20 rubalja. Ili više:)