Космически планети черни дупки. Най-голямата черна дупка в познатата вселена

С. ТРЪНКОВСКИ

Сред най-важните и интересни проблеми на съвременната физика и астрофизика академик В. Л. Гинзбург посочи проблемите, свързани с черните дупки (виж „Наука и живот” № 11, 12, 1999 г.). Съществуването на тези странни обекти е предсказано преди повече от двеста години, условията, довели до тяхното образуване, са прецизно изчислени в края на 30-те години на 20-ти век, а астрофизиката започва сериозно да ги изучава преди по-малко от четиридесет години. Днес научните списания по света публикуват всяка година хиляди статии за черните дупки.

Образуването на черна дупка може да се случи по три начина.

Така е обичайно да се изобразяват процеси, протичащи в близост до колабираща черна дупка. С течение на времето (Y), пространството (X) около него (сенчестата област) се свива, бързайки към сингулярността.

Гравитационното поле на черна дупка внася сериозни изкривявания в геометрията на пространството.

Черна дупка, невидима през телескоп, се разкрива само чрез гравитационното си влияние.

В мощното гравитационно поле на черна дупка се раждат двойки частица-античастица.

Раждането на двойка частица-античастица в лабораторията.

КАК ВЪЗНИКВАТ

Едно светещо небесно тяло, което има плътност, равна на тази на Земята, и диаметър двеста и петдесет пъти по-голям от диаметъра на Слънцето, поради силата на своята гравитация, няма да позволи светлината му да достигне до нас. Така е възможно най-големите светещи тела във Вселената да останат невидими именно поради размера си.
Пиер Симон Лаплас.
Изложение на световната система. 1796 г

През 1783 г. английският математик Джон Мичъл, а тринадесет години по-късно, независимо от него, френският астроном и математик Пиер Симон Лаплас, провеждат много странно изследване. Те разгледаха условията, при които светлината не би могла да избяга от звездата.

Логиката на учените била проста. За всеки астрономически обект (планета или звезда) е възможно да се изчисли така наречената скорост на бягство или втората космическа скорост, която позволява на всяко тяло или частица да го напусне завинаги. А във физиката от онова време господствала теорията на Нютон, според която светлината е поток от частици (теорията за електромагнитните вълни и кванти оставаше почти сто и петдесет години). Скоростта на бягство на частиците може да се изчисли въз основа на равенството на потенциалната енергия на повърхността на планетата и кинетичната енергия на тяло, което е „избягало“ на безкрайно голямо разстояние. Тази скорост се определя по формулата #1#

Къде М- масата на космическия обект, Р- неговият радиус, Ж- гравитационна константа.

От това можем лесно да получим радиуса на тяло с дадена маса (по-късно наречен "гравитационен радиус" r g"), при която скоростта на бягство е равна на скоростта на светлината:

Това означава, че една звезда е компресирана в сфера с радиус rж< 2Г.М./c 2 ще спре да излъчва - светлината няма да може да го напусне. Във Вселената ще се появи черна дупка.

Лесно е да се изчисли, че Слънцето (неговата маса е 2,1033 g) ще се превърне в черна дупка, ако се свие до радиус от приблизително 3 километра. Плътността на веществото му ще достигне 10 16 g/cm 3 . Радиусът на Земята, компресирана в черна дупка, би намалял до около един сантиметър.

Изглеждаше невероятно, че в природата може да има сили, способни да компресират звезда до толкова незначителен размер. Следователно изводите от трудовете на Мичъл и Лаплас се считат повече от сто години за нещо като математически парадокс, който няма физически смисъл.

Едва през 1916 г. е получено строго математическо доказателство, че подобен екзотичен обект в космоса е възможен. Германският астроном Карл Шварцшилд, след като анализира уравненията на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, получи интересен резултат. След като изучава движението на частица в гравитационното поле на масивно тяло, той стига до извода: уравнението губи своя физически смисъл (решението му се обръща към безкрайност), когато r= 0 и r = rж.

Точките, в които характеристиките на полето губят смисъл, се наричат ​​сингулярни, т.е. специални. Сингулярността в нулевата точка отразява точково или, което е едно и също нещо, централно симетрична структура на полето (в крайна сметка всяко сферично тяло - звезда или планета - може да бъде представено като материална точка). И точки, разположени върху сферична повърхност с радиус r g, образуват самата повърхност, от която скоростта на бягство е равна на скоростта на светлината. В общата теория на относителността се нарича сингулярна сфера на Шварцшилд или хоризонт на събитията (защо ще стане ясно по-късно).

Вече въз основа на примера на познатите ни обекти - Земята и Слънцето - става ясно, че черните дупки са много странни обекти. Дори астрономите, които се занимават с материя при екстремни стойности на температура, плътност и налягане, ги смятат за много екзотични и доскоро не всички вярваха в тяхното съществуване. Но първите индикации за възможността за образуване на черни дупки вече се съдържат в общата теория на относителността на А. Айнщайн, създадена през 1915 г. Английският астроном Артър Едингтън, един от първите тълкуватели и популяризатори на теорията на относителността, през 30-те години извежда система от уравнения, описващи вътрешната структура на звездите. От тях следва, че звездата е в равновесие под въздействието на противоположно насочени гравитационни сили и вътрешно налягане, създадено от движението на горещи плазмени частици вътре в звездата и налягането на радиацията, генерирана в нейните дълбини. Това означава, че звездата е газова топка, в центъра на която има висока температура, постепенно намаляваща към периферията. От уравненията, по-специално, следва, че температурата на повърхността на Слънцето е около 5500 градуса (което напълно съответства на данните от астрономическите измервания), а в центъра му трябва да бъде около 10 милиона градуса. Това позволи на Едингтън да направи пророческо заключение: при тази температура „запалва“ термоядрена реакция, достатъчна, за да осигури сиянието на Слънцето. Атомните физици от онова време не са съгласни с това. Струваше им се, че в дълбините на звездата е твърде „студено“: температурата там не беше достатъчна, за да „тръгне“ реакцията. На това разгневеният теоретик отговорил: „Търсете по-горещо място!“

И в крайна сметка той се оказа прав: в центъра на звездата наистина протича термоядрена реакция (друго нещо е, че така нареченият „стандартен слънчев модел“, базиран на идеи за термоядрен синтез, очевидно се е оказал са неправилни - вижте например "Наука и живот" № 2, 3, 2000 г.). Но въпреки това протича реакция в центъра на звездата, звездата свети и възникващата радиация я поддържа в стабилно състояние. Но ядреното „гориво“ в звездата изгаря. Освобождаването на енергия спира, радиацията изчезва и силата, ограничаваща гравитационното привличане, изчезва. Има ограничение на масата на една звезда, след което звездата започва да се свива необратимо. Изчисленията показват, че това се случва, ако масата на звездата надвишава две до три слънчеви маси.

ГРАВИТАЦИОНЕН КОЛАПС

Първоначално скоростта на свиване на звездата е малка, но скоростта й непрекъснато се увеличава, тъй като силата на гравитацията е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието. Компресията става необратима; няма сили, способни да противодействат на собствената гравитация. Този процес се нарича гравитационен колапс. Скоростта на движение на обвивката на звездата към центъра се увеличава, доближавайки се до скоростта на светлината. И тук ефектите от теорията на относителността започват да играят роля.

Скоростта на бягство е изчислена въз основа на идеите на Нютон за природата на светлината. От гледна точка на общата теория на относителността, явленията в близост до колабираща звезда се случват малко по-различно. В нейното мощно гравитационно поле възниква така нареченото гравитационно червено изместване. Това означава, че честотата на излъчване, идваща от масивен обект, се измества към по-ниски честоти. В границата, на границата на сферата на Шварцшилд, честотата на излъчване става нула. Тоест наблюдател, който се намира извън него, няма да може да разбере нищо за случващото се вътре. Ето защо сферата на Шварцшилд се нарича хоризонт на събитията.

Но намаляването на честотата е равно на забавяне на времето и когато честотата стане нула, времето спира. Това означава, че външен наблюдател ще види много странна картина: черупката на звезда, падаща с нарастващо ускорение, спира, вместо да достигне скоростта на светлината. От негова гледна точка, компресията ще спре веднага щом размерът на звездата се доближи до гравитационния
usu. Той никога няма да види дори една частица да се „гмурка“ под сферата на Шварцшиел. Но за хипотетичен наблюдател, попаднал в черна дупка, всичко ще свърши за няколко мига на часовника му. По този начин времето за гравитационен колапс на звезда с размерите на Слънцето ще бъде 29 минути, а много по-плътна и компактна неутронна звезда ще отнеме само 1/20 000 от секундата. И тук той се сблъсква с проблеми, свързани с геометрията на пространство-времето близо до черна дупка.

Наблюдателят се озовава в извито пространство. В близост до гравитационния радиус гравитационните сили стават безкрайно големи; разтягат ракетата с астронавта-наблюдател в безкрайно тънка нишка с безкрайна дължина. Но самият той няма да забележи това: всичките му деформации ще съответстват на изкривяванията на пространствено-времевите координати. Тези съображения, разбира се, се отнасят до идеален, хипотетичен случай. Всяко истинско тяло ще бъде разкъсано от приливни сили много преди да се доближи до сферата на Шварцшилд.

РАЗМЕРИ НА ЧЕРНИТЕ ДУПКИ

Размерът на черната дупка или по-точно радиусът на сферата на Шварцшилд е пропорционален на масата на звездата. И тъй като астрофизиката не налага никакви ограничения върху размера на звездата, черната дупка може да бъде произволно голяма. Ако, например, възникне по време на колапса на звезда с маса от 10 8 слънчеви маси (или поради сливането на стотици хиляди или дори милиони сравнително малки звезди), нейният радиус ще бъде около 300 милиона километра, два пъти орбитата на Земята. А средната плътност на веществото на такъв гигант е близка до плътността на водата.

Очевидно това са черните дупки, които се намират в центровете на галактиките. Във всеки случай астрономите днес преброяват около петдесет галактики, в центъра на които, съдейки по косвени доказателства (обсъдени по-долу), има черни дупки с маса около милиард (10 9) слънчеви. Нашата Галактика също очевидно има своя собствена черна дупка; Масата му беше оценена доста точно - 2,4. 10 6 ±10% от масата на Слънцето.

Теорията предполага, че наред с такива свръхгиганти трябва да възникнат и черни минидупки с маса около 10 14 g и радиус около 10 -12 cm (размера на атомно ядро). Те биха могли да се появят в първите моменти от съществуването на Вселената като проява на много силна нехомогенност на пространство-времето с колосална енергийна плътност. Днес изследователите осъзнават условията, които са съществували във Вселената по това време при мощни колайдери (ускорители, използващи сблъскващи се лъчи). Експериментите в CERN по-рано тази година произведоха кварк-глуонна плазма, материя, която е съществувала преди появата на елементарните частици. Изследванията на това състояние на материята продължават в Brookhaven, американския ускорителен център. Той е способен да ускорява частици до енергии с един и половина до два порядъка по-високи от ускорителя в
ЦЕРН. Предстоящият експеримент предизвика сериозно безпокойство: ще възникне ли по време на провеждането му мини-черна дупка, която ще огъне нашето пространство и ще унищожи Земята?

Този страх отекна толкова силно, че правителството на САЩ беше принудено да свика авторитетна комисия, която да проучи тази възможност. Комисия, състояща се от видни изследователи, стигна до заключението: енергията на ускорителя е твърде ниска, за да възникне черна дупка (този експеримент е описан в списание Science and Life, № 3, 2000 г.).

КАК ДА ВИДИМ НЕВИДИМОТО

Черните дупки не излъчват нищо, дори светлина. Астрономите обаче са се научили да ги виждат или по-скоро да намират „кандидати“ за тази роля. Има три начина за откриване на черна дупка.

1. Необходимо е да се следи въртенето на звездите в клъстери около определен център на тежестта. Ако се окаже, че в този център няма нищо и звездите сякаш се въртят около празно пространство, можем да кажем съвсем уверено: в тази „празнота“ има черна дупка. Именно на тази основа беше допуснато наличието на черна дупка в центъра на нашата Галактика и беше оценена нейната маса.

2. Черна дупка активно засмуква материя в себе си от околното пространство. Междузвезден прах, газ и материя от близките звезди падат върху него в спирала, образувайки така наречения акреционен диск, подобен на пръстена на Сатурн. (Именно това е плашилото в експеримента Брукхейвън: мини-черна дупка, появила се в ускорителя, ще започне да засмуква Земята в себе си и този процес не може да бъде спрян от никаква сила.) Приближавайки се до сферата на Шварцшилд, частиците изпитват ускорение и започват да излъчват в рентгеновия диапазон. Това излъчване има характерен спектър, подобен на добре проученото излъчване на частици, ускорени в синхротрон. И ако такова лъчение идва от някой регион на Вселената, можем да кажем с увереност, че там трябва да има черна дупка.

3. Когато две черни дупки се слеят, възниква гравитационно излъчване. Изчислено е, че ако масата на всеки е около десет слънчеви маси, тогава когато се слеят за няколко часа, енергия, еквивалентна на 1% от общата им маса, ще бъде освободена под формата на гравитационни вълни. Това е хиляда пъти повече от светлината, топлината и другата енергия, която Слънцето е излъчвало през цялото си съществуване - пет милиарда години. Те се надяват да открият гравитационно лъчение с помощта на обсерваториите за гравитационни вълни LIGO и други, които сега се изграждат в Америка и Европа с участието на руски изследователи (виж "Наука и живот" № 5, 2000 г.).

И все пак, въпреки че астрономите не се съмняват в съществуването на черни дупки, никой не смее категорично да твърди, че точно една от тях се намира в дадена точка от пространството. Научната етика и почтеността на изследователя изискват недвусмислен отговор на поставения въпрос, който не търпи противоречия. Не е достатъчно да се оцени масата на невидим обект; трябва да се измери неговият радиус и да се покаже, че той не надвишава радиуса на Шварцшилд. И дори в нашата Галактика този проблем все още не е разрешим. Ето защо учените проявяват известна сдържаност в докладването на откритието си, а научните списания са буквално пълни с доклади за теоретична работа и наблюдения на ефекти, които могат да хвърлят светлина върху тяхната мистерия.

Черните дупки обаче имат още едно свойство, теоретично предвидено, което може да направи възможно тяхното виждане. Но при едно условие обаче: масата на черната дупка трябва да бъде много по-малка от масата на Слънцето.

ЧЕРНАТА ДУПКА СЪЩО МОЖЕ ДА БЪДЕ „БЯЛА“

Дълго време черните дупки се смятаха за въплъщение на тъмнината, обекти, които във вакуум, при липса на абсорбция на материя, не излъчват нищо. Въпреки това през 1974 г. известният английски теоретик Стивън Хокинг показа, че на черните дупки може да се присвои температура и следователно трябва да излъчват.

Според концепциите на квантовата механика, вакуумът не е празнота, а нещо като „пяна от пространство-време“, смесица от виртуални (ненаблюдаеми в нашия свят) частици. Флуктуациите на квантовата енергия обаче могат да „изхвърлят“ двойка частица-античастица от вакуума. Например при сблъсък на два или три гама-кванта електрон и позитрон ще се появят сякаш от нищото. Това и подобни явления са многократно наблюдавани в лаборатории.

Именно квантовите флуктуации определят процесите на излъчване на черните дупки. Ако двойка частици с енергии дИ -Е(общата енергия на двойката е нула) се случва в близост до сферата на Шварцшилд, по-нататъшната съдба на частиците ще бъде различна. Те могат да се унищожат почти веднага или да преминат под хоризонта на събитията заедно. В този случай състоянието на черната дупка няма да се промени. Но ако само една частица отиде под хоризонта, наблюдателят ще регистрира друга и ще му се стори, че е генерирана от черна дупка. В същото време черна дупка, която абсорбира частица с енергия -Е, ще намали енергията ви, и с енергия д- ще се увеличи.

Хокинг изчислява скоростите, с които протичат всички тези процеси, и стига до извода: вероятността за поглъщане на частици с отрицателна енергия е по-висока. Това означава, че черната дупка губи енергия и маса – тя се изпарява. Освен това излъчва като напълно черно тяло с температура Т = 6 . 10 -8 Мс / Мкелвини, където М c - маса на Слънцето (2,10 33 g), М- масата на черната дупка. Тази проста зависимост показва, че температурата на черна дупка с маса шест пъти по-голяма от тази на слънцето е равна на една стомилионна от градуса. Ясно е, че такова студено тяло не излъчва практически нищо и всички горни разсъждения остават валидни. Мини дупките са друг въпрос. Лесно се вижда, че с маса от 10 14 -10 30 грама, те се нагряват до десетки хиляди градуса и се нажежават до бяло! Веднага трябва да се отбележи обаче, че няма противоречия със свойствата на черните дупки: това лъчение се излъчва от слой над сферата на Шварцшилд, а не под нея.

И така, черната дупка, която изглеждаше вечно замръзнал обект, рано или късно изчезва, изпарявайки се. Освен това, докато тя „отслабва“, скоростта на изпарение се увеличава, но все още отнема много време. Смята се, че мини-дупки с тегло 10 14 грама, които са се появили веднага след Големия взрив преди 10-15 милиарда години, трябва да се изпарят напълно до наше време. На последния етап от живота им температурата достига колосални стойности, така че продуктите от изпарението трябва да са частици с изключително висока енергия. Може би те са тези, които генерират широко разпространени въздушни дъждове в земната атмосфера - EAS. Във всеки случай произходът на частици с аномално висока енергия е друг важен и интересен проблем, който може да бъде тясно свързан с не по-малко вълнуващи въпроси във физиката на черните дупки.

« Научната фантастика може да бъде полезна - тя стимулира въображението и облекчава страха от бъдещето. Научните факти обаче могат да бъдат много по-изненадващи. Научната фантастика дори не си е представяла съществуването на такива неща като черни дупки»
Стивън Хокинг

В дълбините на Вселената има безброй мистерии и тайни, скрити за хората. Една от тях са черните дупки – обекти, които дори и най-големите умове на човечеството не могат да разберат. Стотици астрофизици се опитват да разкрият природата на черните дупки, но на този етап дори не сме доказали съществуването им на практика.

Режисьорите посвещават филмите си на тях, а сред обикновените хора черните дупки са се превърнали в толкова култов феномен, че се идентифицират с края на света и неизбежната смърт. Те се страхуват и мразят, но в същото време са идолизирани и боготворени от неизвестното, което тези странни фрагменти от Вселената крият в себе си. Съгласете се, да бъдеш погълнат от черна дупка е толкова романтично нещо. С тяхна помощ е възможно, а и те могат да ни станат водачи в.

Жълтата преса често спекулира с популярността на черните дупки. Намирането на заглавия във вестниците, свързани с края на света поради пореден сблъсък със свръхмасивна черна дупка, не е проблем. Много по-лошо е, че неграмотната част от населението приема всичко на сериозно и всява истинска паника. За да внесем малко яснота, ще направим пътуване до началото на откриването на черните дупки и ще се опитаме да разберем какво представляват те и как да подходим към тях.

Невидими звезди

Случва се така, че съвременните физици описват структурата на нашата Вселена, използвайки теорията на относителността, която Айнщайн внимателно предоставя на човечеството в началото на 20 век. Черните дупки стават още по-мистериозни, на хоризонта на събитията, на който всички известни закони на физиката, включително теорията на Айнщайн, престават да важат. Не е ли това прекрасно? Освен това предположението за съществуването на черни дупки е изказано много преди да се роди самият Айнщайн.

През 1783 г. има значително увеличение на научната дейност в Англия. В онези дни науката вървеше рамо до рамо с религията, те се разбираха добре и учените вече не бяха смятани за еретици. Освен това свещениците са се занимавали с научни изследвания. Един от тези Божии служители беше английският пастор Джон Мишел, който се чудеше не само върху въпроси на съществуването, но и върху напълно научни проблеми. Мишел беше много титулуван учен: първоначално той беше учител по математика и древна лингвистика в един от колежите, а след това беше приет в Кралското общество на Лондон за редица открития.

Джон Мишел учи сеизмология, но в свободното си време обича да мисли за вечното и космоса. Така той стигна до идеята, че някъде в дълбините на Вселената може да има свръхмасивни тела с толкова мощна гравитация, че за да се преодолее гравитационната сила на такова тяло, е необходимо да се движи със скорост, равна или по-висока от скорост на светлината. Ако приемем такава теория за вярна, тогава дори светлината няма да може да развие втора скорост на бягство (скоростта, необходима за преодоляване на гравитационното привличане на напускащото тяло), така че такова тяло ще остане невидимо за невъоръжено око.

Мишел нарече новата си теория „тъмни звезди“ и в същото време се опита да изчисли масата на такива обекти. Той изрази мислите си по този въпрос в отворено писмо до Кралското общество в Лондон. За съжаление, в онези дни подобни изследвания не бяха от особена стойност за науката, така че писмото на Мишел беше изпратено в архива. Само двеста години по-късно, през втората половина на 20 век, той е открит сред хиляди други записи, грижливо съхранявани в древната библиотека.

Първите научни доказателства за съществуването на черни дупки

След публикуването на Общата теория на относителността на Айнщайн, математиците и физиците сериозно се заели с решаването на уравненията, представени от немския учен, които трябвало да ни кажат много нови неща за структурата на Вселената. Германският астроном и физик Карл Шварцшилд решава да направи същото през 1916 г.

Ученият, използвайки своите изчисления, стигна до извода, че съществуването на черни дупки е възможно. Той беше и първият, който описа това, което по-късно беше наречено романтичната фраза "хоризонт на събитията" - въображаемата граница на пространство-времето в черна дупка, след преминаването на която има точка без връщане. Нищо няма да избяга от хоризонта на събитията, дори светлината. Отвъд хоризонта на събитията възниква така наречената „сингулярност“, където известните ни закони на физиката престават да важат.

Продължавайки да развива своята теория и да решава уравнения, Шварцшилд открива нови тайни на черните дупки за себе си и за света. Така той успява само на хартия да изчисли разстоянието от центъра на черната дупка, където е концентрирана нейната маса, до хоризонта на събитията. Шварцшилд нарича това разстояние гравитационен радиус.

Въпреки факта, че математически решенията на Шварцшилд са изключително правилни и не могат да бъдат опровергани, научната общност от началото на 20-ти век не може веднага да приеме такова шокиращо откритие и съществуването на черни дупки е отписано като фантазия, която се появява на всеки от време на време в теорията на относителността. През следващото десетилетие и половина изследването на космоса за наличието на черни дупки беше бавно и само няколко привърженици на теорията на немския физик бяха ангажирани с него.

Звезди, раждащи мрак

След като уравненията на Айнщайн бяха сортирани на части, беше време да използваме направените заключения, за да разберем структурата на Вселената. По-специално в теорията за еволюцията на звездите. Не е тайна, че в нашия свят нищо не е вечно. Дори звездите имат свой жизнен цикъл, макар и по-дълъг от човек.

Един от първите учени, които сериозно се интересуват от еволюцията на звездите, е младият астрофизик Субраманян Чандрасекар, родом от Индия. През 1930 г. той публикува научна статия, която описва предполагаемата вътрешна структура на звездите, както и техните жизнени цикли.

Още в началото на 20-ти век учените се досещат за такова явление като гравитационно свиване (гравитационен колапс). В определен момент от живота си една звезда започва да се свива с огромна скорост под въздействието на гравитационните сили. По правило това се случва в момента на смъртта на звезда, но по време на гравитационен колапс има няколко начина за продължаване на съществуването на гореща топка.

Научният съветник на Чандрасекар, Ралф Фаулър, уважаван физик-теоретик по онова време, приема, че по време на гравитационен колапс всяка звезда се превръща в по-малка и по-гореща - бяло джудже. Но се оказа, че ученикът „счупи“ теорията на учителя, която се споделяше от повечето физици в началото на миналия век. Според работата на млад индиец, смъртта на звезда зависи от нейната първоначална маса. Например само онези звезди, чиято маса не надвишава 1,44 пъти масата на Слънцето, могат да станат бели джуджета. Това число се нарича границата на Чандрасекар. Ако масата на звездата надхвърли тази граница, тогава тя умира по съвсем различен начин. При определени условия такава звезда в момента на смъртта може да се прероди в нова, неутронна звезда - друга мистерия на съвременната Вселена. Теорията на относителността ни казва още един вариант - компресиране на звездата до свръхмалки стойности и тук започва забавлението.

През 1932 г. в едно от научните списания се появява статия, в която брилянтният физик от СССР Лев Ландау предполага, че по време на колапс свръхмасивна звезда се компресира в точка с безкрайно малък радиус и безкрайна маса. Въпреки факта, че подобно събитие е много трудно да си представим от гледна точка на неподготвен човек, Ландау не беше далеч от истината. Физикът също предположи, че според теорията на относителността гравитацията в такава точка ще бъде толкова голяма, че ще започне да изкривява пространство-времето.

Астрофизиците харесаха теорията на Ландау и продължиха да я развиват. През 1939 г. в Америка, благодарение на усилията на двама физици - Робърт Опенхаймер и Хартланд Снайдер, се появява теория, която подробно описва свръхмасивна звезда в момента на колапс. В резултат на такова събитие трябваше да се появи истинска черна дупка. Въпреки убедителността на аргументите, учените продължиха да отричат ​​възможността за съществуването на такива тела, както и за превръщането на звездите в тях. Дори Айнщайн се дистанцира от тази идея, смятайки, че една звезда не е способна на такива феноменални трансформации. Други физици не спестиха изявленията си, наричайки възможността за подобни събития абсурдна.
Науката обаче винаги стига до истината, просто трябва да изчакате малко. Така и стана.

Най-ярките обекти във Вселената

Нашият свят е колекция от парадокси. Понякога в него съжителстват неща, чието съжителство противоречи на всякаква логика. Например терминът „черна дупка“ не би бил свързан от нормален човек с израза „невероятно ярка“, но откритие в началото на 60-те години на миналия век позволи на учените да смятат това твърдение за неправилно.

С помощта на телескопи астрофизиците успяха да открият непознати досега обекти в звездното небе, които се държаха много странно въпреки факта, че изглеждаха като обикновени звезди. Докато изучаваше тези странни светила, американският учен Мартин Шмид обърна внимание на тяхната спектрография, данните от която показаха резултати, различни от сканирането на други звезди. Просто казано, тези звезди не бяха като другите, с които сме свикнали.

Изведнъж на Шмид му просветна и той забеляза изместване на спектъра в червения диапазон. Оказа се, че тези обекти са много по-далеч от нас, отколкото звездите, които сме свикнали да наблюдаваме в небето. Например обектът, наблюдаван от Шмид, се намираше на два и половина милиарда светлинни години от нашата планета, но светеше толкова ярко, колкото звезда на стотина светлинни години от нас. Оказва се, че светлината от един такъв обект е сравнима с яркостта на цяла галактика. Това откритие беше истински пробив в астрофизиката. Ученият нарече тези обекти „квазизвездни“ или просто „квазари“.

Мартин Шмид продължи да изучава нови обекти и установи, че такова ярко сияние може да бъде причинено само от една причина - акреция. Акрецията е процес на абсорбиране на заобикалящата материя от свръхмасивно тяло с помощта на гравитацията. Ученият стигнал до извода, че в центъра на квазарите има огромна черна дупка, която с невероятна сила вкарва заобикалящата я материя в космоса. Докато материята се абсорбира от дупката, частиците се ускоряват до огромни скорости и започват да светят. Един вид светлинен купол около черна дупка се нарича акреционен диск. Неговата визуализация беше добре демонстрирана във филма на Кристофър Нолан „Интерстелар“, който породи много въпроси: „как може черна дупка да свети?“

Към днешна дата учените вече са открили хиляди квазари в звездното небе. Тези странни, невероятно ярки обекти се наричат ​​​​фарове на Вселената. Те ни позволяват да си представим структурата на космоса малко по-добре и да се доближим до момента, от който всичко започна.

Въпреки че астрофизиците са получавали косвени доказателства в продължение на много години за съществуването на свръхмасивни невидими обекти във Вселената, терминът "черна дупка" не съществува до 1967 г. За да избегне сложни имена, американският физик Джон Арчибалд Уилър предложи да наричаме такива обекти „черни дупки“. защо не Донякъде са черни, защото не ги виждаме. Освен това те привличат всичко, можете да паднете в тях, като в истинска дупка. И според съвременните закони на физиката е просто невъзможно да се излезе от такова място. Стивън Хокинг обаче твърди, че когато пътувате през черна дупка, можете да стигнете до друга Вселена, друг свят и това е надеждата.

Страх от безкрайността

Поради прекомерната мистерия и романтизация на черните дупки, тези обекти се превърнаха в истинска история на ужасите сред хората. Таблоидната преса обича да спекулира с неграмотността на населението, публикувайки невероятни истории за това как огромна черна дупка се движи към нашата Земя, която ще погълне Слънчевата система за броени часове, или просто излъчва вълни от токсичен газ към нашата планета .

Особено популярна е темата за унищожаването на планетата с помощта на Големия адронен колайдер, който беше построен в Европа през 2006 г. на територията на Европейския съвет за ядрени изследвания (CERN). Вълната от паника започна като нечия глупава шега, но се разрасна като снежна топка. Някой пусна слух, че в ускорителя на частици на колайдера може да се образува черна дупка, която да погълне изцяло нашата планета. Разбира се, възмутените хора започнаха да искат забрана на експериментите в LHC, страхувайки се от този изход от събитията. В Европейския съд започнаха да постъпват искове с искане колайдерът да бъде затворен и учените, които са го създали, да бъдат наказани с пълната строгост на закона.

Всъщност физиците не отричат, че когато частиците се сблъскат в Големия адронен колайдер, могат да възникнат обекти, подобни по свойства на черните дупки, но техният размер е на нивото на размера на елементарните частици и такива „дупки“ съществуват за такива кратко време, в което дори не можем да запишем появата им.

Един от основните експерти, които се опитват да разсеят вълната от невежество пред хората, е Стивън Хокинг, известен физик теоретик, който освен това се смята за истински „гуру“ по отношение на черните дупки. Хокинг доказа, че черните дупки не винаги поглъщат светлината, която се появява в акреционните дискове, и част от нея се разпръсква в космоса. Това явление беше наречено радиация на Хокинг или изпаряване на черна дупка. Хокинг също установи връзка между размера на черна дупка и скоростта на нейното „изпарение“ - колкото по-малка е тя, толкова по-малко време съществува. Това означава, че всички противници на Големия адронен колайдер не трябва да се тревожат: черните дупки в него няма да могат да оцелеят дори една милионна от секундата.

Теорията не е доказана на практика

За съжаление човешката технология на този етап на развитие не ни позволява да тестваме повечето теории, разработени от астрофизици и други учени. От една страна, съществуването на черни дупки е доста убедително доказано на хартия и изведено с помощта на формули, в които всичко пасва на всяка променлива. От друга страна, на практика все още не сме успели да видим истинска черна дупка със собствените си очи.

Въпреки всички разногласия, физиците предполагат, че в центъра на всяка галактика има свръхмасивна черна дупка, която събира звездите в клъстери със своята гравитация и ги принуждава да пътуват из Вселената в голяма и приятелска компания. В нашата галактика Млечен път, според различни оценки, има от 200 до 400 милиарда звезди. Всички тези звезди обикалят около нещо, което има огромна маса, нещо, което не можем да видим с телескоп. Най-вероятно е черна дупка. Трябва ли да се страхуваме от нея? – Не, поне не през следващите няколко милиарда години, но можем да направим друг интересен филм за това.

Поради сравнително скорошния растеж на интереса към създаването на научно-популярни филми по темата за изследване на космоса, съвременните зрители са чували много за такива явления като сингулярността или черната дупка. Филмите обаче очевидно не разкриват пълната същност на тези явления, а понякога дори изкривяват изградените научни теории за по-голям ефект. Поради тази причина разбирането на много съвременни хора за тези явления е или напълно повърхностно, или напълно погрешно. Едно от решенията на възникналия проблем е тази статия, в която ще се опитаме да разберем съществуващите резултати от изследвания и да отговорим на въпроса - какво е черна дупка?

През 1784 г. английският свещеник и натуралист Джон Мишел за първи път споменава в писмо до Кралското общество определено хипотетично масивно тяло, което има толкова силно гравитационно привличане, че втората му скорост на бягство ще надвишава скоростта на светлината. Втората скорост на бягство е скоростта, която сравнително малък обект ще трябва да преодолее гравитационното привличане на небесно тяло и да излезе извън затворената орбита около това тяло. Според неговите изчисления тяло с плътност на Слънцето и радиус 500 слънчеви радиуса ще има втора космическа скорост на повърхността си, равна на скоростта на светлината. В този случай дори светлината няма да напусне повърхността на такова тяло и следователно това тяло само ще абсорбира входящата светлина и ще остане невидимо за наблюдателя - нещо като черно петно ​​на фона на тъмното пространство.

Концепцията на Мишел за свръхмасивно тяло обаче не привлече голям интерес до работата на Айнщайн. Нека припомним, че последният определи скоростта на светлината като максимална скорост на пренос на информация. Освен това Айнщайн разширява теорията за гравитацията до скорости, близки до скоростта на светлината (). В резултат на това вече не беше уместно да се прилага теорията на Нютон към черните дупки.

Уравнението на Айнщайн

В резултат на прилагането на общата теория на относителността към черните дупки и решаването на уравненията на Айнщайн бяха идентифицирани основните параметри на черна дупка, от които има само три: маса, електрически заряд и ъглов момент. Заслужава да се отбележи значителният принос на индийския астрофизик Субраманиан Чандрасекар, който създаде фундаменталната монография: „Математическа теория на черните дупки“.

Така решението на уравненията на Айнщайн е представено в четири варианта за четири възможни вида черни дупки:

• BH без въртене и без заряд – решение на Шварцшилд. Едно от първите описания на черна дупка (1916) с помощта на уравненията на Айнщайн, но без да се вземат предвид два от трите параметъра на тялото. Решението на немския физик Карл Шварцшилд позволява да се изчисли външното гравитационно поле на сферично масивно тяло. Особеността на концепцията за черните дупки на немския учен е наличието на хоризонт на събитията и скриването зад него. Шварцшилд е и първият, който изчислява гравитационния радиус, който получава името си, който определя радиуса на сферата, върху която ще бъде разположен хоризонтът на събитията за тяло с дадена маса.
• BH без въртене със заряд – решение на Reisner-Nordström. Решение, предложено през 1916-1918 г., като се вземе предвид възможният електрически заряд на черна дупка. Този заряд не може да бъде произволно голям и е ограничен поради полученото електрическо отблъскване. Последното трябва да се компенсира от гравитационното привличане.
• BH с въртене и без заряд - решение на Кер (1963). Въртящата се черна дупка на Кер се различава от статичната по наличието на така наречената ергосфера (прочетете повече за това и други компоненти на черна дупка).
• BH с въртене и заряд - решение на Кер-Нюман. Това решение е изчислено през 1965 г. и в момента е най-пълното, тъй като отчита и трите параметъра на черната дупка. Въпреки това все още се приема, че в природата черните дупки имат незначителен заряд.

Образуване на черна дупка

Има няколко теории за това как се образува и появява черна дупка, най-известната от които е, че тя възниква в резултат на гравитационен колапс на звезда с достатъчна маса. Такава компресия може да сложи край на еволюцията на звезди с маса над три слънчеви маси. След завършване на термоядрените реакции вътре в такива звезди, те започват бързо да се компресират в свръхплътни звезди. Ако газовото налягане на една неутронна звезда не може да компенсира гравитационните сили, тоест масата на звездата преодолява т.нар. границата на Oppenheimer-Volkoff, след което колапсът продължава, което води до компресиране на материята в черна дупка.

Вторият сценарий, описващ раждането на черна дупка, е компресията на протогалактичен газ, тоест междузвезден газ на етапа на трансформация в галактика или някакъв клъстер. Ако няма достатъчно вътрешно налягане, за да компенсира същите гравитационни сили, може да възникне черна дупка.

Два други сценария остават хипотетични:

• Възникването на черна дупка в резултат на т.нар първични черни дупки.
• Възникване в резултат на ядрени реакции, протичащи при високи енергии. Пример за такива реакции са експериментите в колайдери.

Структура и физика на черните дупки

Структурата на черната дупка според Шварцшилд включва само два елемента, които бяха споменати по-рано: сингулярността и хоризонта на събитията на черната дупка. Говорейки накратко за сингулярността, може да се отбележи, че е невъзможно да се начертае права линия през нея, както и че повечето съществуващи физически теории не работят вътре в нея. Така физиката на сингулярността остава загадка за учените днес. Черната дупка е определена граница, преминавайки която физическият обект губи възможността да се върне обратно отвъд своите граници и определено ще „попадне“ в сингулярността на черната дупка.

Структурата на черната дупка става малко по-сложна в случая на решението на Кер, а именно при наличието на въртене на черната дупка. Решението на Кер предполага, че дупката има ергосфера. Ергосферата е определена област, разположена извън хоризонта на събитията, вътре в която всички тела се движат в посоката на въртене на черната дупка. Тази област все още не е вълнуваща и е възможно да я напуснете, за разлика от хоризонта на събитията. Ергосферата вероятно е някакъв аналог на акреционния диск, представляващ въртяща се материя около масивни тела. Ако статичната черна дупка на Шварцшилд е представена като черна сфера, тогава черната дупка на Кери, поради наличието на ергосфера, има формата на сплеснат елипсоид, във формата на който често виждаме черни дупки на рисунки, в старите филми или видео игри.

• Колко тежи една черна дупка? – Най-много теоретичен материал за възникването на черна дупка има за сценария на нейната поява в резултат на колапса на звезда. В този случай максималната маса на неутронна звезда и минималната маса на черна дупка се определят от границата на Опенхаймер - Волков, според която долната граница на масата на черна дупка е 2,5 - 3 слънчеви маси. Най-тежката черна дупка, която е открита (в галактиката NGC 4889) има маса от 21 милиарда слънчеви маси. Не бива обаче да забравяме и черните дупки, които хипотетично възникват в резултат на ядрени реакции при високи енергии, като тези при колайдери. Масата на такива квантови черни дупки, с други думи „черни дупки на Планк“, е от порядъка на , а именно 2·10 −5 g.
• Размер на черната дупка. Минималният радиус на черна дупка може да се изчисли от минималната маса (2,5 – 3 слънчеви маси). Ако гравитационният радиус на Слънцето, тоест зоната, където ще се намира хоризонтът на събитията, е около 2,95 км, тогава минималният радиус на черна дупка от 3 слънчеви маси ще бъде около девет километра. Такива относително малки размери са трудни за разбиране, когато говорим за масивни обекти, които привличат всичко около себе си. За квантовите черни дупки обаче радиусът е 10 −35 m.
• Средната плътност на черна дупка зависи от два параметъра: маса и радиус. Плътността на черна дупка с маса около три слънчеви маси е около 6 10 26 kg/m³, докато плътността на водата е 1000 kg/m³. Такива малки черни дупки обаче не са открити от учените. Повечето открити черни дупки имат маса, по-голяма от 10 5 слънчеви маси. Има интересна закономерност, според която колкото по-масивна е черната дупка, толкова по-ниска е нейната плътност. В този случай промяна в масата с 11 порядъка води до промяна в плътността с 22 порядъка. По този начин черна дупка с маса 1·10 9 слънчеви маси има плътност 18,5 kg/m³, което е с единица по-малко от плътността на златото. А черните дупки с маса над 10 10 слънчеви маси могат да имат средна плътност, по-малка от тази на въздуха. Въз основа на тези изчисления е логично да се предположи, че образуването на черна дупка не възниква поради компресия на материята, а в резултат на натрупването на голямо количество материя в определен обем. В случай на квантови черни дупки, тяхната плътност може да бъде около 10 94 kg/m³.
• Температурата на черна дупка също зависи обратно пропорционално на нейната маса. Тази температура е пряко свързана с. Спектърът на това лъчение съвпада със спектъра на абсолютно черно тяло, т.е. тяло, което поглъща цялото падащо лъчение. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло зависи само от неговата температура, тогава температурата на черната дупка може да се определи от спектъра на излъчване на Хокинг. Както бе споменато по-горе, това излъчване е толкова по-мощно, колкото по-малка е черната дупка. В същото време радиацията на Хокинг остава хипотетична, тъй като все още не е наблюдавана от астрономите. От това следва, че ако лъчението на Хокинг съществува, тогава температурата на наблюдаваните черни дупки е толкова ниска, че не позволява това лъчение да бъде открито. Според изчисленията дори температурата на дупка с маса от порядъка на масата на Слънцето е пренебрежимо малка (1·10 -7 K или -272°C). Температурата на квантовите черни дупки може да достигне около 10 12 K и с бързото им изпаряване (около 1,5 минути) такива черни дупки могат да излъчват енергията на около десет милиона атомни бомби. Но, за щастие, създаването на такива хипотетични обекти ще изисква енергия 10 14 пъти по-голяма от тази, постигната днес в Големия адронен колайдер. Освен това подобни явления никога не са били наблюдавани от астрономите.

От какво се състои черната дупка?

Друг въпрос тревожи както учените, така и тези, които просто се интересуват от астрофизика - от какво се състои черната дупка? Няма ясен отговор на този въпрос, тъй като не е възможно да се погледне отвъд хоризонта на събитията около черна дупка. В допълнение, както беше споменато по-рано, теоретичните модели на черна дупка предвиждат само 3 от нейните компоненти: ергосферата, хоризонта на събитията и сингулярността. Логично е да се предположи, че в ергосферата има само онези обекти, които са били привлечени от черната дупка и които сега се въртят около нея - различни видове космически тела и космически газ. Хоризонтът на събитията е само тънка имплицитна граница, веднъж отвъд която същите космически тела биват безвъзвратно привлечени към последния основен компонент на черната дупка - сингулярността. Природата на сингулярността днес не е проучена и е твърде рано да се говори за нейния състав.

Според някои предположения черната дупка може да се състои от неутрони. Ако следваме сценария за възникване на черна дупка в резултат на компресията на звезда до неутронна звезда с последващото й компресиране, тогава вероятно основната част от черната дупка се състои от неутрони, от които е самата неутронна звезда композиран. С прости думи: когато една звезда колапсира, нейните атоми се компресират по такъв начин, че електроните се комбинират с протони, като по този начин образуват неутрони. Подобна реакция действително се случва в природата и с образуването на неутрон възниква неутрино лъчение. Това обаче са само предположения.

Какво се случва, ако попаднете в черна дупка?

Попадането в астрофизична черна дупка кара тялото да се разтяга. Помислете за хипотетичен космонавт самоубиец, който се насочва към черна дупка, облечен само в скафандър, с краката напред. Преминавайки хоризонта на събитията, астронавтът няма да забележи никакви промени, въпреки факта, че вече няма възможност да се върне. В даден момент астронавтът ще достигне точка (малко зад хоризонта на събитията), в която ще започне да се появява деформация на тялото му. Тъй като гравитационното поле на черна дупка е нееднородно и е представено от градиент на сила, нарастващ към центъра, краката на астронавта ще бъдат подложени на значително по-голямо гравитационно влияние, отколкото например главата. Тогава, поради гравитацията или по-скоро приливните сили, краката ще „паднат“ по-бързо. Така тялото започва постепенно да се удължава на дължина. За да опишат това явление, астрофизиците са измислили доста креативен термин - спагетификация. По-нататъшното разтягане на тялото вероятно ще го разложи на атоми, които рано или късно ще достигнат до сингулярност. Човек може само да гадае как ще се почувства човек в тази ситуация. Струва си да се отбележи, че ефектът от разтягането на тялото е обратно пропорционален на масата на черната дупка. Тоест, ако черна дупка с масата на три слънца незабавно разтегне/разкъса тялото, тогава супермасивната черна дупка ще има по-ниски приливни сили и има предположения, че някои физически материали биха могли да „понесат“ такава деформация, без да загубят структурата си.

Както знаете, времето тече по-бавно в близост до масивни обекти, което означава, че времето за астронавт самоубиец ще тече много по-бавно, отколкото за земляните. В този случай може би той ще надживее не само приятелите си, но и самата Земя. За да се определи колко време ще се забави за един астронавт, ще са необходими изчисления, но от горното може да се предположи, че астронавтът ще падне в черната дупка много бавно и може би просто няма да доживее до момента, в който неговият тялото започва да се деформира.

Трябва да се отбележи, че за наблюдател отвън всички тела, които летят до хоризонта на събитията, ще останат на ръба на този хоризонт, докато изображението им изчезне. Причината за това явление е гравитационното червено отместване. Опростявайки донякъде, можем да кажем, че светлината, падаща върху тялото на космонавт самоубиец, „замръзнал“ на хоризонта на събитията, ще промени честотата си поради забавеното си време. Тъй като времето минава по-бавно, честотата на светлината ще намалява, а дължината на вълната ще се увеличава. В резултат на това явление на изхода, тоест за външен наблюдател, светлината постепенно ще се измести към ниска честота - червено. Ще се получи изместване на светлината по спектъра, докато космонавтът-самоубиец се отдалечава все повече от наблюдателя, макар и почти незабележимо, а времето му тече все по-бавно. Така светлината, отразена от тялото му, скоро ще излезе извън видимия спектър (изображението ще изчезне) и в бъдеще тялото на астронавта ще може да бъде открито само в областта на инфрачервеното лъчение, по-късно в радиочестотата и в резултат на това радиацията ще бъде напълно неуловима.

Въпреки горното се приема, че в много големи свръхмасивни черни дупки приливните сили не се променят толкова много с разстоянието и действат почти равномерно върху падащото тяло. В този случай падащият космически кораб ще запази структурата си. Възниква резонен въпрос: къде води черната дупка? На този въпрос може да се отговори от работата на някои учени, свързващи два феномена като червеевите дупки и черните дупки.

Още през 1935 г. Алберт Айнщайн и Нейтън Розен излагат хипотеза за съществуването на така наречените червееви дупки, свързващи две точки от пространство-времето чрез места със значителна кривина на последното - мост на Айнщайн-Розен или червеева дупка. За такава мощна кривина на пространството биха били необходими тела с гигантска маса, чиято роля перфектно биха изпълнили черните дупки.

Мостът Айнщайн-Розен се смята за непроходима червеева дупка, защото е малък по размер и нестабилен.

В рамките на теорията за черните и белите дупки е възможна проходима червеева дупка. Където бялата дупка е изходът на информацията, уловена в черната дупка. Бялата дупка е описана в рамките на общата теория на относителността, но днес остава хипотетична и не е открита. Друг модел на червеева дупка беше предложен от американските учени Кип Торн и неговия аспирант Майк Морис, който може да бъде проходим. Въпреки това, както в случая с дупката на Морис-Торн, така и в случая с черните и белите дупки, възможността за пътуване изисква съществуването на така наречената екзотична материя, която има отрицателна енергия и също остава хипотетична.

Черни дупки във Вселената

Съществуването на черни дупки беше потвърдено сравнително наскоро (септември 2015 г.), но преди това вече имаше много теоретичен материал за природата на черните дупки, както и много кандидат-обекти за ролята на черна дупка. На първо място, трябва да вземете предвид размера на черната дупка, тъй като самата природа на явлението зависи от тях:

• Черна дупка със звездна маса. Такива обекти се образуват в резултат на колапса на звезда. Както споменахме по-рано, минималната маса на тяло, способно да образува такава черна дупка, е 2,5 - 3 слънчеви маси.
• Черни дупки с междинна маса. Условен междинен тип черна дупка, която е нараснала поради поглъщането на близки обекти, като клъстер от газ, съседна звезда (в системи от две звезди) и други космически тела.
• Супермасивна черна дупка. Компактни обекти с 10 5 -10 10 слънчеви маси. Отличителните свойства на такива черни дупки са тяхната парадоксално ниска плътност, както и слабите приливни сили, които бяха споменати по-рано. Това е точно свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика Млечен път (Стрелец A*, Sgr A*), както и повечето други галактики.

Кандидати за ЧД

Най-близката черна дупка или по-скоро кандидат за ролята на черна дупка е обект (V616 Monoceros), който се намира на разстояние 3000 светлинни години от Слънцето (в нашата галактика). Състои се от два компонента: звезда с маса, равна на половината от масата на Слънцето, както и невидимо малко тяло, чиято маса е 3–5 слънчеви маси. Ако този обект се окаже малка черна дупка със звездна маса, тогава той с право ще стане най-близката черна дупка.

След този обект втората най-близка черна дупка е обектът Cygnus X-1 (Cyg X-1), който беше първият кандидат за ролята на черна дупка. Разстоянието до него е приблизително 6070 светлинни години. Доста добре проучен: има маса от 14,8 слънчеви маси и радиус на хоризонта на събитията от около 26 км.

Според някои източници друг най-близък кандидат за ролята на черна дупка може да бъде тяло в звездната система V4641 Стрелец (V4641 Sgr), което според оценките през 1999 г. се е намирало на разстояние 1600 светлинни години. Последвалите проучвания обаче са увеличили това разстояние най-малко 15 пъти.

Колко черни дупки има в нашата галактика?

Няма точен отговор на този въпрос, тъй като наблюдението им е доста трудно и през целия период на изучаване на небето учените успяха да открият около дузина черни дупки в Млечния път. Без да се впускаме в изчисления, отбелязваме, че в нашата галактика има около 100–400 милиарда звезди и приблизително всяка хилядна звезда има достатъчно маса, за да образува черна дупка. Вероятно е милиони черни дупки да са се образували по време на съществуването на Млечния път. Тъй като е по-лесно да се открият черни дупки с огромни размери, логично е да се предположи, че най-вероятно повечето черни дупки в нашата галактика не са свръхмасивни. Трябва да се отбележи, че изследванията на НАСА през 2005 г. показват наличието на цял рояк черни дупки (10-20 хиляди), въртящи се около центъра на галактиката. Освен това през 2016 г. японски астрофизици откриха масивен сателит близо до обекта * - черна дупка, ядрото на Млечния път. Поради малкия радиус (0,15 светлинни години) на това тяло, както и огромната му маса (100 000 слънчеви маси), учените приемат, че този обект също е свръхмасивна черна дупка.

Ядрото на нашата галактика, черната дупка на Млечния път (Стрелец A*, Sgr A* или Стрелец A*) е свръхмасивна и има маса от 4,31 10 6 слънчеви маси и радиус от 0,00071 светлинни години (6,25 светлинни часа или 6,75 милиарда км). Температурата на Стрелец A*, заедно с клъстера около него, е около 1·10 7 K.

Най-голямата черна дупка

Най-голямата черна дупка във Вселената, която учените са открили, е свръхмасивна черна дупка, FSRQ blazar, в центъра на галактиката S5 0014+81, на разстояние 1,2 10 10 светлинни години от Земята. Според предварителните резултати от наблюдение с помощта на космическата обсерватория Swift, масата на черната дупка е 40 милиарда (40·10 9) слънчеви маси, а радиусът на Шварцшилд на такава дупка е 118,35 милиарда километра (0,013 светлинни години). Освен това, според изчисленията, той е възникнал преди 12,1 милиарда години (1,6 милиарда години след Големия взрив). Ако тази гигантска черна дупка не погълне заобикалящата я материя, тя ще доживее до ерата на черните дупки - една от епохите от развитието на Вселената, през която черните дупки ще доминират в нея. Ако ядрото на галактиката S5 0014+81 продължи да расте, то ще се превърне в една от последните черни дупки, които ще съществуват във Вселената.

Другите две известни черни дупки, въпреки че нямат собствени имена, са от най-голямо значение за изследването на черните дупки, тъй като те потвърдиха съществуването им експериментално, а също така предоставиха важни резултати за изследването на гравитацията. Говорим за събитието GW150914, което представлява сблъсък на две черни дупки в една. Това събитие направи възможно записването.

Откриване на черни дупки

Преди да разгледаме методите за откриване на черни дупки, трябва да отговорим на въпроса - защо черната дупка е черна? – отговорът на това не изисква дълбоки познания по астрофизика и космология. Факт е, че черна дупка абсорбира цялата радиация, падаща върху нея, и изобщо не излъчва, ако не вземете предвид хипотетичната. Ако разгледаме това явление по-подробно, можем да предположим, че процесите, водещи до освобождаване на енергия под формата на електромагнитно излъчване, не се случват в черните дупки. Тогава, ако черна дупка излъчва, тя го прави в спектъра на Хокинг (който съвпада със спектъра на нагрято, абсолютно черно тяло). Въпреки това, както споменахме по-рано, това лъчение не е открито, което предполага, че температурата на черните дупки е напълно ниска.

Друга общоприета теория гласи, че електромагнитното излъчване изобщо не е в състояние да напусне хоризонта на събитията. Най-вероятно фотоните (частиците светлина) не се привличат от масивни обекти, тъй като според теорията самите те нямат маса. Черната дупка обаче все още „привлича“ фотони от светлина чрез изкривяване на пространство-времето. Ако си представим черна дупка в космоса като вид вдлъбнатина върху гладката повърхност на пространство-времето, тогава има известно разстояние от центъра на черната дупка, приближавайки се до което светлината вече няма да може да се отдалечи от нея. Тоест, грубо казано, светлината започва да „пада“ в „дупка“, която дори няма „дъно“.

Освен това, ако вземем предвид ефекта на гравитационното червено изместване, възможно е светлината в черна дупка да загуби своята честота, измествайки се по спектъра в областта на нискочестотното дълговълново излъчване, докато загуби напълно енергия.

И така, черната дупка е черна на цвят и следователно е трудна за откриване в космоса.

Методи за откриване

Нека да разгледаме методите, които астрономите използват за откриване на черна дупка:

В допълнение към методите, споменати по-горе, учените често свързват обекти като черни дупки и. Квазарите са определени клъстери от космически тела и газ, които са сред най-ярките астрономически обекти във Вселената. Тъй като те имат висок интензитет на луминесценция при относително малки размери, има основание да се предположи, че центърът на тези обекти е свръхмасивна черна дупка, привличаща околната материя. Поради такова мощно гравитационно привличане, привлечената материя е толкова нагрята, че излъчва интензивно. Откриването на такива обекти обикновено се сравнява с откриването на черна дупка. Понякога квазарите могат да излъчват струи нагрята плазма в две посоки - релативистични струи. Причините за появата на такива струи не са напълно ясни, но те вероятно са причинени от взаимодействието на магнитните полета на черната дупка и акреционния диск, а не се излъчват от директната черна дупка.

Джет в галактиката M87, стрелящ от центъра на черната дупка

За да обобщим горното, можем да си представим отблизо: това е сферичен черен обект, около който силно нагрята материя се върти, образувайки светещ акреционен диск.

Сливания и сблъсъци на черни дупки

Едно от най-интересните явления в астрофизиката е сблъсъкът на черни дупки, което също прави възможно откриването на такива масивни астрономически тела. Такива процеси са от интерес не само за астрофизиците, тъй като те водят до явления, които са слабо проучени от физиците. Най-яркият пример е споменатото по-рано събитие, наречено GW150914, когато две черни дупки се приближиха толкова много, че в резултат на взаимното им гравитационно привличане се сляха в една. Важна последица от този сблъсък е появата на гравитационни вълни.

Според определението, гравитационните вълни са промени в гравитационното поле, които се разпространяват по вълнообразен начин от масивни движещи се обекти. Когато два такива обекта се приближат, те започват да се въртят около общ център на тежестта. С приближаването им въртенето около собствената им ос се увеличава. Такива редуващи се колебания на гравитационното поле в даден момент могат да образуват една мощна гравитационна вълна, която може да се разпространи в космоса за милиони светлинни години. Така на разстояние 1,3 милиарда светлинни години две черни дупки се сблъскаха, генерирайки мощна гравитационна вълна, която достигна Земята на 14 септември 2015 г. и беше регистрирана от детекторите LIGO и VIRGO.

Как умират черните дупки?

Очевидно, за да престане да съществува черна дупка, тя трябва да загуби цялата си маса. Въпреки това, според нейната дефиниция, нищо не може да напусне черната дупка, ако е преминало нейния хоризонт на събитията. Известно е, че възможността за излъчване на частици от черна дупка за първи път е спомената от съветския физик-теоретик Владимир Грибов в дискусията му с друг съветски учен Яков Зелдович. Той твърди, че от гледна точка на квантовата механика черната дупка е способна да излъчва частици чрез тунелния ефект. По-късно, използвайки квантовата механика, английският физик-теоретик Стивън Хокинг изгражда своя собствена, малко по-различна теория. Можете да прочетете повече за този феномен. Накратко казано, във вакуума има така наречените виртуални частици, които постоянно се раждат по двойки и се унищожават взаимно, без да взаимодействат с външния свят. Но ако такива двойки се появят на хоризонта на събитията на черна дупка, тогава силната гравитация е хипотетично способна да ги раздели, като едната частица пада в черната дупка, а другата се отдалечава от черната дупка. И тъй като частица, излитаща от дупка, може да бъде наблюдавана и следователно има положителна енергия, тогава частица, падаща в дупка, трябва да има отрицателна енергия. Така черната дупка ще загуби енергията си и ще възникне ефект, който се нарича изпаряване на черна дупка.

Според съществуващите модели на черна дупка, както беше споменато по-рано, с намаляване на нейната маса, нейното излъчване става по-интензивно. След това, на последния етап от съществуването на черната дупка, когато тя може да се свие до размера на квантова черна дупка, тя ще освободи огромно количество енергия под формата на радиация, което може да бъде еквивалентно на хиляди или дори милиони атомни бомби. Това събитие донякъде напомня на експлозията на черна дупка, като същата бомба. Според изчисленията първичните черни дупки биха могли да се родят в резултат на Големия взрив, а тези от тях с маса около 10 12 кг биха се изпарили и експлодирали около наше време. Както и да е, такива експлозии никога не са били забелязани от астрономите.

Въпреки предложения от Хокинг механизъм за унищожаване на черни дупки, свойствата на радиацията на Хокинг предизвикват парадокс в рамките на квантовата механика. Ако черна дупка погълне определено тяло и след това загуби масата, получена в резултат на поглъщането на това тяло, тогава, независимо от естеството на тялото, черната дупка няма да се различава от това, което е била преди поглъщането на тялото. В този случай информацията за тялото се губи завинаги. От гледна точка на теоретичните изчисления, трансформацията на първоначалното чисто състояние в полученото смесено („топлинно“) състояние не съответства на настоящата теория на квантовата механика. Този парадокс понякога се нарича изчезване на информация в черна дупка. Окончателно решение на този парадокс никога не е намерено. Известни решения на парадокса:

• Невалидността на теорията на Хокинг. Това води до невъзможност за унищожаване на черна дупка и нейното постоянно нарастване.
• Наличие на бели дупки. В този случай погълнатата информация не изчезва, а просто се изхвърля в друга Вселена.
• Несъответствие на общоприетата теория на квантовата механика.

Нерешен проблем на физиката на черните дупки

Съдейки по всичко, което беше описано по-рано, черните дупки, въпреки че са били изследвани сравнително дълго време, все още имат много характеристики, чиито механизми все още са неизвестни на учените.

• През 1970 г. английски учен формулира т.нар. "принципът на космическата цензура" - "Природата се отвращава от голата сингулярност." Това означава, че сингулярностите се образуват само на скрити места, като центъра на черна дупка. Този принцип обаче все още не е доказан. Съществуват и теоретични изчисления, според които може да възникне „гола“ сингулярност.
• Не е доказана и „теоремата за липса на коса“, според която черните дупки имат само три параметъра.
• Пълна теория за магнитосферата на черната дупка не е разработена.
• Природата и физиката на гравитационната сингулярност не са проучени.
• Не е известно със сигурност какво се случва на последния етап от съществуването на черна дупка и какво остава след нейния квантов разпад.

Интересни факти за черните дупки

Обобщавайки горното, можем да подчертаем няколко интересни и необичайни характеристики на природата на черните дупки:

• ЧД имат само три параметъра: маса, електрически заряд и ъглов момент. В резултат на толкова малък брой характеристики на това тяло, теоремата, която твърди това, се нарича „теорема за липса на коса“. Оттук идва и фразата „черна дупка няма коса“, което означава, че две черни дупки са абсолютно идентични, техните три споменати параметъра са еднакви.
• Плътността на черната дупка може да бъде по-малка от плътността на въздуха, а температурата е близка до абсолютната нула. Оттук можем да предположим, че образуването на черна дупка не възниква поради компресия на материята, а в резултат на натрупването на голямо количество материя в определен обем.
• Времето тече много по-бавно за тела, погълнати от черна дупка, отколкото за външен наблюдател. Освен това погълнатите тела се разтягат значително вътре в черната дупка, което учените нарекоха спагетификация.
• В нашата галактика може да има около милион черни дупки.
• Вероятно има свръхмасивна черна дупка в центъра на всяка галактика.
• В бъдеще, според теоретичния модел, Вселената ще достигне така наречената ера на черните дупки, когато черните дупки ще станат доминиращи тела във Вселената.

От всички известни на човечеството обекти, които се намират в космоса, черните дупки създават най-зловещото и неразбираемо впечатление. Това чувство обхваща почти всеки човек, когато се споменава за черни дупки, въпреки факта, че човечеството знае за тях повече от век и половина. Първите знания за тези явления са получени много преди публикациите на Айнщайн за теорията на относителността. Но реално потвърждение за съществуването на тези обекти беше получено не толкова отдавна.

Разбира се, черните дупки с право са известни със своите странни физически характеристики, които пораждат още повече мистерии във Вселената. Те лесно предизвикват всички космически закони на физиката и космическата механика. За да разберем всички подробности и принципи на съществуването на такова явление като космическа дупка, трябва да се запознаем със съвременните постижения на астрономията и да използваме въображението си, освен това ще трябва да излезем от стандартните концепции. За да улесни разбирането и запознаването с космическите дупки, сайтът на портала е подготвил много интересна информация относно тези явления във Вселената.

Характеристики на черни дупки от уебсайта на портала

На първо място, трябва да се отбележи, че черните дупки не се появяват от нищото, те се образуват от звезди, които са с гигантски размери и маса. Освен това, най-голямата характеристика и уникалност на всяка черна дупка е, че те имат много силно гравитационно привличане. Силата на привличане на обекти към черна дупка надвишава втората скорост на бягство. Такива гравитационни индикатори показват, че дори светлинните лъчи не могат да избягат от полето на действие на черна дупка, тъй като имат много по-ниска скорост.

Особеността на привличането е, че привлича всички обекти, които са в непосредствена близост. Колкото по-голям е обектът, който преминава в близост до черната дупка, толкова повече влияние и привличане ще получи. Съответно можем да заключим, че колкото по-голям е обектът, толкова по-силно се привлича от черната дупка и за да избегне подобно влияние, космическото тяло трябва да има много високи скорости на движение.

Също така е безопасно да се отбележи, че в цялата Вселена няма тяло, което да избегне привличането на черна дупка, ако се окаже в непосредствена близост, тъй като дори най-бързият светлинен поток не може да избегне това влияние. Теорията на относителността, разработена от Айнщайн, е отлична за разбиране на характеристиките на черните дупки. Според тази теория гравитацията може да повлияе на времето и да изкриви пространството. Той също така гласи, че колкото по-голям е обектът, разположен в космоса, толкова повече той забавя времето. В близост до самата черна дупка времето сякаш спира напълно. Ако космически кораб влезе в полето на действие на космическа дупка, човек ще наблюдава как той ще се забави, докато се приближава, и в крайна сметка ще изчезне напълно.

Не трябва да се страхувате твърде много от явления като черни дупки и да вярвате на цялата ненаучна информация, която може да съществува в момента. На първо място, трябва да разсеем най-разпространения мит, че черните дупки могат да засмукват цялата материя и обекти около тях и докато го правят, те стават все по-големи и поглъщат все повече и повече. Нищо от това не е напълно вярно. Да, наистина те могат да поемат космически тела и материя, но само тези, които са на определено разстояние от самата дупка. Освен с мощната си гравитация, те не се различават много от обикновените звезди с гигантска маса. Дори когато нашето Слънце се превърне в черна дупка, то ще може да засмуква само обекти, разположени на малко разстояние, а всички планети ще останат да се въртят по обичайните си орбити.

Обръщайки се към теорията на относителността, можем да заключим, че всички обекти със силна гравитация могат да повлияят на кривината на времето и пространството. Освен това, колкото по-голяма е телесната маса, толкова по-силно ще бъде изкривяването. И така, съвсем наскоро учените успяха да видят това на практика, когато можеха да съзерцават други обекти, които би трябвало да са недостъпни за очите ни поради огромни космически тела като галактики или черни дупки. Всичко това е възможно поради факта, че светлинните лъчи, преминаващи наблизо от черна дупка или друго тяло, са много силно огънати под въздействието на тяхната гравитация. Този тип изкривяване позволява на учените да погледнат много по-навътре в космоса. Но при такива изследвания е много трудно да се определи истинското местоположение на изследваното тяло.

Черните дупки не се появяват от нищото; те се образуват в резултат на експлозия на свръхмасивни звезди. Освен това, за да се образува черна дупка, масата на избухналата звезда трябва да е поне десет пъти по-голяма от масата на Слънцето. Всяка звезда съществува благодарение на термоядрени реакции, протичащи вътре в звездата. В този случай по време на процеса на синтез се отделя водородна сплав, но тя не може да напусне зоната на действие на звездата, тъй като нейната гравитация привлича водорода обратно. Целият този процес позволява на звездите да съществуват. Синтезът на водород и звездната гравитация са доста добре работещи механизми, но нарушаването на този баланс може да доведе до експлозия на звезда. В повечето случаи се причинява от изчерпването на ядреното гориво.

В зависимост от масата на звездата са възможни няколко сценария за тяхното развитие след експлозията. Така масивните звезди образуват полето на експлозия на свръхнова и повечето от тях остават зад ядрото на предишната звезда; астронавтите наричат ​​такива обекти Бели джуджета. В повечето случаи около тези тела се образува газов облак, който се задържа от гравитацията на джуджето. Възможен е и друг път за развитие на свръхмасивни звезди, при който получената черна дупка много силно ще привлече цялото вещество на звездата към своя център, което ще доведе до нейното силно компресиране.

Такива компресирани тела се наричат ​​неутронни звезди. В най-редките случаи след експлозия на звезда е възможно образуването на черна дупка в приетото ни разбиране за това явление. Но за да се създаде дупка, масата на звездата трябва да е просто гигантска. В този случай, когато балансът на ядрените реакции е нарушен, гравитацията на звездата просто полудява. В същото време тя започва активно да се срутва, след което става само точка в пространството. С други думи, можем да кажем, че звездата като физически обект престава да съществува. Въпреки факта, че изчезва, зад него се образува черна дупка със същата гравитация и маса.

Това е колапсът на звездите, който води до факта, че те напълно изчезват и на тяхно място се образува черна дупка със същите физически свойства като изчезналата звезда. Единствената разлика е по-голямата степен на компресия на дупката от обема на звездата. Най-важната характеристика на всички черни дупки е тяхната сингулярност, която определя техния център. Тази област противоречи на всички закони на физиката, материята и пространството, които престават да съществуват. За да разберем концепцията за сингулярност, можем да кажем, че това е бариера, която се нарича хоризонт на космически събития. Това е и външната граница на черната дупка. Сингулярността може да се нарече точка без връщане, тъй като именно там започва да действа гигантската гравитационна сила на дупката. Дори светлината, която пресича тази бариера, не е в състояние да избяга.

Хоризонтът на събитията има толкова привлекателен ефект, че привлича всички тела със скоростта на светлината; когато се приближите до самата черна дупка, индикаторите за скорост се увеличават още повече. Ето защо всички обекти, които попадат в обхвата на тази сила, са обречени да бъдат засмукани в дупката. Трябва да се отбележи, че такива сили са способни да модифицират тяло, уловено от действието на такова привличане, след което се разтягат в тънка струна и след това напълно престават да съществуват в космоса.

Разстоянието между хоризонта на събитията и сингулярността може да варира; пространството се нарича радиус на Шварцшилд. Ето защо колкото по-голям е размерът на черната дупка, толкова по-голям ще бъде обхватът на действие. Например, можем да кажем, че черна дупка, която е толкова масивна, колкото нашето Слънце, би имала радиус на Шварцшилд от три километра. Съответно големите черни дупки имат по-голям обхват.

Намирането на черни дупки е доста труден процес, тъй като светлината не може да избяга от тях. Следователно търсенето и дефинирането се основават само на косвени доказателства за тяхното съществуване. Най-простият метод, който учените използват, за да ги намерят, е да ги търсят чрез намиране на места в тъмното пространство, ако имат голяма маса. В повечето случаи астрономите успяват да намерят черни дупки в двойни звездни системи или в центровете на галактиките.

Повечето астрономи са склонни да вярват, че в центъра на нашата галактика има и супермощна черна дупка. Това твърдение повдига въпроса дали тази дупка ще може да погълне всичко в нашата галактика? В действителност това е невъзможно, тъй като самата дупка има същата маса като звездите, защото е създадена от звездата. Освен това всички изчисления на учените не предсказват никакви глобални събития, свързани с този обект. Нещо повече, още милиарди години космическите тела на нашата галактика тихо ще се въртят около тази черна дупка без никакви промени. Доказателство за съществуването на дупка в центъра на Млечния път може да дойде от рентгеновите вълни, записани от учените. И повечето астрономи са склонни да вярват, че черните дупки активно ги излъчват в огромни количества.

Доста често в нашата галактика има звездни системи, състоящи се от две звезди и често една от тях може да се превърне в черна дупка. В тази версия черната дупка поглъща всички тела по пътя си, докато материята започва да се върти около нея, поради което се образува така нареченият ускорителен диск. Особеност е, че увеличава скоростта на въртене и се приближава до центъра. Това е материята, която попада в средата на черната дупка, която излъчва рентгенови лъчи и самата материя се унищожава.

Двойните звездни системи са първите кандидати за статут на черна дупка. В такива системи е най-лесно да се намери черна дупка, поради обема на видимата звезда е възможно да се изчислят показателите на нейния невидим брат. В момента първият кандидат за статут на черна дупка може да бъде звезда от съзвездието Лебед, която активно излъчва рентгенови лъчи.

В заключение от всичко по-горе за черните дупки можем да кажем, че те не са толкова опасни явления, разбира се, в случай на непосредствена близост те са най-мощните обекти в космоса поради силата на гравитацията. Следователно можем да кажем, че те не се различават особено от другите тела; тяхната основна характеристика е силното гравитационно поле.

Бяха предложени огромен брой теории относно предназначението на черните дупки, някои от които бяха дори абсурдни. Така според един от тях учените вярват, че черните дупки могат да раждат нови галактики. Тази теория се основава на факта, че нашият свят е доста благоприятно място за възникване на живот, но ако един от факторите се промени, животът би бил невъзможен. Поради това сингулярността и особеностите на промените във физическите свойства на черните дупки могат да доведат до възникването на напълно нова Вселена, която ще бъде значително различна от нашата. Но това е само теория и то доста слаба поради факта, че няма доказателства за подобен ефект на черните дупки.

Що се отнася до черните дупки, те не само могат да абсорбират материя, но и да се изпаряват. Подобен феномен беше доказан преди няколко десетилетия. Това изпарение може да накара черната дупка да загуби цялата си маса и след това да изчезне напълно.

Всичко това е най-малката част от информацията за черните дупки, която можете да намерите на уебсайта на портала. Разполагаме и с огромно количество интересна информация за други космически явления.

Черните дупки са може би най-мистериозните и енигматични астрономически обекти в нашата Вселена; откакто са открити, те привличат вниманието на учените и вълнуват въображението на писателите на научна фантастика. Какво представляват черните дупки и какво представляват? Черните дупки са изчезнали звезди, които поради физическите си характеристики имат толкова висока плътност и толкова мощна гравитация, че дори светлината не може да излезе отвъд тях.

История на откриването на черните дупки

За първи път теоретичното съществуване на черни дупки, много преди действителното им откриване, беше предложено от някой си Д. Мишел (английски свещеник от Йоркшир, който се интересува от астрономия в свободното си време) през 1783 г. Според неговите изчисления, ако вземем нашата и я компресираме (на съвременен компютърен език, архивираме) до радиус от 3 км, ще се образува толкова голяма (просто огромна) гравитационна сила, че дори светлината няма да може да я напусне . Така се появи понятието „черна дупка“, въпреки че всъщност тя изобщо не е черна, по-подходящо би било понятието „тъмна дупка“, тъй като се получава именно липсата на светлина.

По-късно, през 1918 г., великият учен Алберт Айнщайн пише за проблема с черните дупки в контекста на теорията на относителността. Но едва през 1967 г., благодарение на усилията на американския астрофизик Джон Уилър, концепцията за черните дупки най-накрая спечели място в академичните среди.

Както и да е, Д. Мишел, Алберт Айнщайн и Джон Уилър в своите трудове допускаха само теоретичното съществуване на тези мистериозни небесни обекти в космоса, но истинското откриване на черните дупки се състоя през 1971 г., тогава те бяха забелязани за първи път с телескоп.

Ето как изглежда една черна дупка.

Как се образуват черни дупки в космоса

Както знаем от астрофизиката, всички звезди (включително нашето Слънце) имат ограничен запас от гориво. И въпреки че животът на една звезда може да продължи милиарди светлинни години, рано или късно този условен запас от гориво свършва и звездата „изгасва“. Процесът на "избледняване" на звезда е придружен от интензивни реакции, по време на които звездата претърпява значителна трансформация и в зависимост от размера си може да се превърне в бяло джудже, неутронна звезда или черна дупка. Освен това най-големите звезди с невероятно впечатляващи размери обикновено се превръщат в черна дупка - поради компресията на тези най-невероятни размери има многократно увеличаване на масата и гравитационната сила на новообразуваната черна дупка, която се превръща в вид галактическа прахосмукачка - поглъщаща всичко и всички около себе си.

Черна дупка поглъща звезда.

Малка забележка - нашето Слънце по галактически стандарти изобщо не е голяма звезда и след изчезването му, което ще се случи след около няколко милиарда години, най-вероятно няма да се превърне в черна дупка.

Но нека бъдем честни с вас - днес учените все още не знаят всички тънкости на образуването на черна дупка, несъмнено това е изключително сложен астрофизичен процес, който сам по себе си може да продължи милиони светлинни години. Въпреки че е възможно да се напредне в тази посока, може да бъде откриването и последващото изследване на така наречените междинни черни дупки, тоест звезди в състояние на изчезване, в които протича активният процес на образуване на черни дупки. Между другото, подобна звезда беше открита от астрономите през 2014 г. в ръкава на спирална галактика.

Колко черни дупки има във Вселената?

Според теориите на съвременните учени в нашата галактика Млечен път може да има до стотици милиони черни дупки. Не по-малко може да има и в съседната ни галактика, до която няма какво да летим от нашия Млечен път - 2,5 милиона светлинни години.

Теория за черните дупки

Въпреки огромната маса (която е стотици хиляди пъти по-голяма от масата на нашето Слънце) и невероятната сила на гравитацията, не беше лесно да се видят черни дупки през телескоп, защото те изобщо не излъчват светлина. Учените успяха да забележат черната дупка само в момента на нейното „хранене“ - поглъщане на друга звезда, в този момент се появява характерно излъчване, което вече може да се наблюдава. Така теорията за черната дупка намери действително потвърждение.

Свойства на черните дупки

Основното свойство на черната дупка са нейните невероятни гравитационни полета, които не позволяват на околното пространство и време да останат в обичайното си състояние. Да, чухте правилно, времето в черна дупка минава много пъти по-бавно от обикновено и ако сте били там, тогава, когато се върнете обратно (ако сте имали толкова късмет, разбира се), ще бъдете изненадани да забележите, че са минали векове на Земята, а вие дори не сте остарели, за да сте успели навреме. Въпреки че нека бъдем честни, ако бяхте вътре в черна дупка, едва ли бихте оцелели, тъй като силата на гравитацията там е такава, че всеки материален обект просто би бил разкъсан, дори не на парчета, а на атоми.

Но ако бяхте дори близо до черна дупка, под въздействието на нейното гравитационно поле, също бихте имали трудности, тъй като колкото повече се съпротивлявате на нейната гравитация, опитвайки се да отлетите, толкова по-бързо ще паднете в нея. Причината за този привидно парадокс е гравитационното вихрово поле, което притежават всички черни дупки.

Ами ако човек попадне в черна дупка

Изпарение на черни дупки

Английският астроном С. Хокинг откри интересен факт: изглежда, че черните дупки също излъчват изпарение. Вярно е, че това се отнася само за дупки с относително малка маса. Мощната гравитация около тях ражда двойки частици и античастици, едната от двойката се изтегля от дупката, а втората се изхвърля навън. Така черната дупка излъчва твърди античастици и гама-лъчи. Това изпарение или излъчване от черна дупка е кръстено на учения, който го е открил - „лъчението на Хокинг“.

Най-голямата черна дупка

Според теорията за черните дупки в центъра на почти всички галактики има огромни черни дупки с маси от няколко милиона до няколко милиарда слънчеви маси. И сравнително наскоро учените откриха двете най-големи черни дупки, известни до момента; те се намират в две близки галактики: NGC 3842 и NGC 4849.

NGC 3842 е най-ярката галактика в съзвездието Лъв, разположена на 320 милиона светлинни години от нас. В центъра му има огромна черна дупка с тегло 9,7 милиарда слънчеви маси.

NGC 4849, галактика в клъстера Кома, на 335 милиона светлинни години от нас, може да се похвали със също толкова впечатляваща черна дупка.

Гравитационното поле на тези гигантски черни дупки, или казано на академичен език, техният хоризонт на събитията, е приблизително 5 пъти разстоянието от Слънцето до! Такава черна дупка би изяла нашата слънчева система и дори няма да се задави.

Най-малката черна дупка

Но в огромното семейство на черните дупки има и много малки представители. По този начин най-малката черна дупка, открита от учените до момента, е само 3 пъти по-голяма от масата на нашето Слънце. Всъщност това е теоретичният минимум, необходим за образуването на черна дупка; ако тази звезда беше малко по-малка, дупката нямаше да се образува.

Черните дупки са канибали

Да, има такъв феномен, както писахме по-горе, черните дупки са един вид „галактически прахосмукачки“, които поглъщат всичко около себе си, включително... други черни дупки. Наскоро астрономите откриха, че черна дупка от една галактика е била изядена от още по-голям черен лакомник от друга галактика.

• Според хипотезите на някои учени черните дупки са не само галактически прахосмукачки, които засмукват всичко в себе си, но при определени обстоятелства сами могат да раждат нови вселени.
• Черните дупки могат да се изпарят с времето. По-горе написахме, че английският учен Стивън Хокинг открива, че черните дупки имат свойството да излъчват и след много дълъг период от време, когато наоколо няма какво да абсорбира, черната дупка ще започне да се изпарява повече, докато с течение на времето даде вдига цялата си маса в околното пространство. Въпреки че това е само предположение, хипотеза.
• Черните дупки забавят времето и огъват пространството. Вече писахме за разширяването на времето, но пространството в условията на черна дупка също ще бъде напълно извито.
• Черните дупки ограничават броя на звездите във Вселената. А именно техните гравитационни полета възпрепятстват охлаждането на газовите облаци в космоса, от които, както е известно, се раждат нови звезди.

Черни дупки по Discovery Channel, видео

И в заключение ви предлагаме един интересен научен документален филм за черните дупки от Discovery Channel