Вселенски објект во црна дупка за деца. Академија за забавни науки

> Црни дупки

Што се случи Црна дупка– објаснување за деца: опис со фотографии, како да се најде универзумот во вселената, како се појавуваат ѕвездите, смртта, супермасивни црни дупки на галаксиите.

За најмалите родителиили На училиштемора објасни, како да се перципира црната дупка празно место- тешка грешка. Напротив, во него е концентрирана неверојатна количина материја, која е ограничена на мал простор. До објаснување за децабеше пошарена, замислете ако земете ѕвезда 10 пати помасивна од Сонцето и се обидете да ја притиснете во област со големина на Њујорк. Поради овој притисок, гравитационото поле станува толку силно што никој, дури ни светлосен зрак, не може да избега. Со развојот на технологијата, НАСА е во состојба да учи се повеќе и повеќе за овие мистериозни објекти.

Започнете објаснување за децаОва е можно затоа што терминот „црна дупка“ не постоел до 1967 година (воведен од Џон Вилер). Но, пред ова, неколку векови се споменуваше за постоење на чудни предмети кои поради нивната густина и масивност не испуштаат светлина. Тие беа дури и предвидени од Алберт Ајнштајн во општа теоријарелативноста. Таа докажа дека кога масивна ѕвезда умира, останува мало густо јадро. Ако ѕвездата е три пати поголема од масата на Сонцето, тогаш гравитацијата ги надминува другите сили и добиваме црна дупка.

Секако дека е важно објасни им на децатадека истражувачите се лишени од можноста директно да ги набљудуваат овие карактеристики (телескопите наоѓаат само светлина рендгенско зрачењеи други форми на електромагнетно зрачење), така што нема потреба да се чека фотографија од црна дупка. Но, можно е да се пресмета нивната локација, па дури и да се одреди нивната големина поради влијанието што го имаат врз околните објекти. На пример, ако помине низ облак меѓуѕвездената материја, тогаш во процесот ќе почне да ја црпи материја навнатре - акреција. Истото ќе се случи ако во близина помине ѕвезда. Точно, ѕвезда може да експлодира.

Во моментот на привлекување, супстанцијата се загрева и забрзува, ослободувајќи ја во вселената Х-зраци. Неодамнешните откритија забележаа неколку моќни изливи на гама зраци, кои покажуваат дека дупката ги проголтува соседните ѕвезди. Во овој момент, тие го стимулираат растот на некои, а запираат други.

Смртта на ѕвезда е почеток на црна дупка

Повеќето црни дупки произлегуваат од останатиот материјал од големите ѕвезди кои умираат (експлозии на супернова). Помалите ѕвезди стануваат густи неутронски ѕвезди, на кои им недостасува масивност за да ја заробат светлината. Ако масата на ѕвездата е 3 пати поголема од масата на Сонцето, тогаш таа станува кандидат за црна дупка. Важно објасни им на децатаедна необичност. Кога ѕвездата се распаѓа, нејзината површина се приближува до замислената површина (хоризонт на настани). Времето на самата ѕвезда станува побавно од она на набљудувачот. Кога површината ќе стигне до хоризонтот на настани, времето замрзнува и ѕвездата повеќе не може да се сруши - замрзнат објект што се урива.

По ѕвездениот судир може да се појават поголеми црни дупки. По лансирањето во декември 2004 година, телескопот на НАСА успеа да детектира силни, минливи блесоци на светлина - гама зраци. Чандра и Хабл потоа собрале податоци за настанот и сфатиле дека овие блесоци би можеле да бидат резултат на судир помеѓу црна дупка и неутронска ѕвезда, што создава нова црна дупка.

Иако во процес на образование децатаИ родителитеВеќе сфативме, но една работа останува мистерија. Се чини дека дупките постојат на две различни размери. Има многу црни дупки - остатоци од масивни ѕвезди. Вообичаено, тие се 10-24 пати помасивни од Сонцето. Научниците постојано ги гледаат ако некоја вонземска ѕвезда критично се приближи. Но, повеќето црни дупки постојат изолирано и едноставно не можат да се видат. Сепак, судејќи според бројот на ѕвезди доволно големи за да бидат кандидати за црни дупки, мора да има десетици милиони милијарди такви црни дупки на Млечниот Пат.

Има и супермасивни црни дупки, кои се милион или дури милијарда пати поголеми од нашето Сонце. Се верува дека таквите чудовишта живеат во центрите на речиси сите големи галаксии(и кај нас).

За најмалитеќе биде интересно да се знае тоа за долго времеНаучниците веруваа дека нема просечна големина за црните дупки. Но, податоците од Чандра, XMM-Њутон и Хабл покажуваат дека тие се таму.

Можеби супермасивни црни дупки се појавуваат поради верижна реакцијапредизвикани од судир на ѕвезди во збиени јата. Поради ова, се акумулираат многу масивни ѕвезди, кои колабираат и создаваат црни дупки. Овие јата потоа го окупираат галактичкиот центар, каде што црните дупки се спојуваат и стануваат супермасивен член.

Можеби веќе сте разбрале дека нема да можете да се восхитувате на црната дупка во неа висок квалитетонлајн бидејќи овие објекти не испуштаат светлина. Но, децата ќе бидат заинтересирани да учат фотографии и дијаграми создадени врз основа на контакт на црни дупки и обична материја.

Вселенски објекти

Што се црните дупки?

Деца, дали мислите дека некогаш би можеле да го видите ефектот на вакуум во вашата соба? Кога правите нешто, внимавајте внимателно бидејќи може да видите нечистотија и трошки кои почнуваат да се движат кон правосмукалката. Црната дупка е како правосмукалка, но само во вселената. Сепак, не е моќното вшмукување кое предизвикува нештата да паднат во црната дупка. Вшмукувањето нема да биде доволно силно. Наместо тоа, црната дупка користи гравитација за да повлече сè околу себе.

Како се формираат црните дупки? Објаснување за деца

Кога големи ѕвездиостанувајќи без гориво, таа повеќе не може да ја издржи својата тежина. Притисокот од масивните слоеви на водород предизвикува ѕвездата да се намалува сè помало и помало. На крајот, ѕвездата ќе стане помала од атом. Замислете, деца, за момент дека целата ѕвезда ќе биде здробена во точка помала од атом.

Како може нешто да биде помало, но да ја задржи истата количина на маса?

Всушност, сè е многу едноставно. Земете сунѓер со големина на шише, можете лесно да го згмечите во рацете. Но, тука интересна точка. Ако направите нешто помалку со стискање, неговата гравитација станува посилна. Замислете деца, ако компресирате ѕвезда со големина на атом, колку моќна ќе стане нејзината гравитација?

Гравитацијата на црната дупка е толку моќна што апсорбира сè, дури и светлината што поминува премногу блиску. Така е, ниту светлината не може да избега од црна дупка.

Структура на црна дупка. Астрономија за деца

Црните дупки се составени од три главни делови. Надворешниот слој на црната дупка се нарекува надворешен хоризонт на настани. Внатре во надворешниот хоризонт на настани, сè уште можете да избегате од гравитацијата на црната дупка бидејќи гравитацијата не е толку силна таму. Средниот слој на црната дупка се нарекува внатрешен хоризонт на настани. Ако не сте избегале од гравитацијата на црната дупка пред да влезете во хоризонтот на внатрешниот настан, тогаш вие деца ја пропуштивте вашата шанса. Силата на гравитација во овој слој е многу посилна и не ги испушта предметите што ги зграпчува. Во овој момент, почнувате да паѓате кон центарот на црната дупка. Центарот на црната дупка се нарекува сингуларност. Овој чуден збор значи здробена ѕвезда. Сингуларноста е местото каде што гравитацијата на црната дупка е најсилна.

Како можете да влезете во црна дупка?

Размислете за Земјата. Ако се приближите премногу до Земјата, налетувате на нејзината гравитација. На Земјата, можете повторно да летате во вселената со ракета. Меѓутоа, ако паднете во црна дупка, тогаш вие децата немате начин да излезете, бидејќи гравитацијата е многу силна.

Поради релативно неодамнешниот раст на интересот за создавање на популарни научни филмови на тема истражување на вселената, современите гледачи слушнале многу за такви феномени како што се сингуларноста или црната дупка. Сепак, филмовите очигледно не ја откриваат целосната природа на овие феномени, а понекогаш дури и ја искривуваат конструираната научни теорииза поголема ефикасност. Поради оваа причина, застапеноста на многу модерни луѓеО овие појавиили сосема површно или сосема погрешно. Едно од решенијата за овој проблем е овој напис, во кој ќе се обидеме да разбереме постоечки резултатиистражувај и одговори на прашањето - што е црна дупка?

Во 1784 година, англискиот свештеник и натуралист Џон Мишел првпат спомнал во писмо Кралско друштвонекое хипотетичко масивно тело кое има толку силна гравитациска привлечност што втората космичка брзина за него ќе ја надмине брзината на светлината. Брзината на бегство е брзината што би му била потребна на релативно мал објект за да ја надмине својата гравитациска сила. небесно телои оди подалеку од затворената орбита околу ова тело. Според неговите пресметки, тело со густина на Сонцето и радиус од 500 сончеви радиуси ќе има секунда брзина на бегство еднаква на брзинатаСвета. Во овој случај, дури и светлината нема да ја напушти површината на таквото тело, и затоа дадено телосамо ќе ја апсорбира влезната светлина и ќе остане невидлив за набљудувачот - еден вид црна точка на позадината на темниот простор.

Сепак, концептот на Мишел за супермасивно тело не привлече голем интерес до работата на Ајнштајн. Да потсетиме дека вториот ја дефинираше брзината на светлината како максимална брзина на пренос на информации. Покрај тоа, Ајнштајн ја проширил теоријата на гравитација до брзини блиски до брзината на светлината (). Како резултат на тоа, повеќе не беше релевантно да се примени Њутновата теорија на црните дупки.

Ајнштајнова равенка

Како резултат на примената на општата релативност на црните дупки и решавањето на равенките на Ајнштајн, беа идентификувани главните параметри на црната дупка, од кои има само три: маса, Електрично полнењеи аголен моментум. Треба да се забележи значајниот придонес на индискиот астрофизичар Субраманијан Чандрасехар, кој создаде основна монографија: „ Математичка теоријацрни дупки“.

Така, решението на равенките на Ајнштајн е претставено со четири опции за четири можни типовицрни дупки:

• БХ без ротација и без полнење – решение Шварцшилд. Еден од првите описи на црна дупка (1916) со помош на Ајнштајновите равенки, но без да се земат предвид два од трите параметри на телото. Решение германски физичарКарл Шварцшилд дозволува да се пресмета надворешното гравитационо поле на сферично масивно тело. Особеноста на концептот на црни дупки на германскиот научник е присуството на хоризонт на настани и криење зад него. Шварцшилд бил првиот што го пресметал и гравитациониот радиус, кој го добил неговото име, што го одредува радиусот на сферата на која би се наоѓал хоризонтот на настани за тело со дадена маса.
• BH без ротација со полнење – решение Reisner-Nordström. Решението дадено во 1916-1918 година, земајќи го предвид можниот електричен полнеж на црна дупка. Ова полнење не може да биде произволно големо и е ограничено поради добиената електрична одбивност. Последново мора да се компензира со гравитациона привлечност.
• БХ со ротација и без полнење - Керово решение (1963). Ротирачката Кер црна дупка се разликува од статичната по присуството на таканаречената ергосфера (прочитајте повеќе за оваа и другите компоненти на црната дупка).
• BH со ротација и полнење - решение Kerr-Newman. Оваа одлукае пресметан во 1965 година и на овој моменте најкомплетниот, бидејќи ги зема предвид сите три параметри на црната дупка. Сепак, се уште се претпоставува дека во природата црните дупки имаат незначителен полнеж.

Формирање црна дупка

Постојат неколку теории за тоа како се формира и се појавува црната дупка, од кои најпозната е дека настанала како резултат на гравитациониот колапс на ѕвезда со доволна маса. Таквата компресија може да стави крај на еволуцијата на ѕвездите со маса поголема од три соларни маси. Завршување термо нуклеарни реакциивнатре во таквите ѕвезди тие почнуваат брзо да се компресираат во супер-густи. Ако притисокот на гасот на неутронската ѕвезда не може да ги компензира гравитационите сили, односно масата на ѕвездата го надминува т.н. Опенхајмер-Волкоф граница, а потоа колапсот продолжува, што резултира со компресирање на материјата во црна дупка.

Второто сценарио кое го опишува раѓањето на црна дупка е компресија на протогалактички гас, односно меѓуѕвезден гас во фазата на трансформација во галаксија или некој вид јато. Ако нема доволен внатрешен притисок за да се компензираат истите гравитациски сили, може да се појави црна дупка.

Две други сценарија остануваат хипотетички:

• Појавата на црна дупка како резултат на т.н исконски црни дупки.
• Појава како резултат на нуклеарни реакции кои се случуваат за време на високи енергии. Пример за такви реакции се експериментите со судири.

Структура и физика на црните дупки

Структурата на црната дупка според Шварцшилд вклучува само два елементи кои беа споменати претходно: сингуларноста и хоризонтот на настани на црната дупка. Накратко зборувајќи за сингуларноста, може да се забележи дека е невозможно да се повлече права линија низ неа, а исто така дека во неа најголемиот дел од постоечките физички теориине функционира. Така, физиката на сингуларноста останува мистерија за научниците денес. црната дупка е одредена граница која ја преминува, физички објектја губи можноста да се врати назад надвор од нејзините граници и дефинитивно ќе „падне“ во сингуларноста на црната дупка.

Структурата на црната дупка станува нешто покомплицирана во случајот на Керовиот раствор, имено во присуство на ротација на црната дупка. Решението на Кер претпоставува дека дупката има ергосфера. Ергосферата е одреден регион лоциран надвор од хоризонтот на настани, во кој сите тела се движат во насока на ротација на црната дупка. Оваа областсè уште не е возбудливо и можно е да се остави, за разлика од хоризонтот на настани. Ергосферата е веројатно некој вид аналог на акреционен диск, што претставува ротирачка материја околу масивни тела. Ако статичната црна дупка на Шварцшилд е претставена како црна сфера, тогаш црната дупка Кери, поради присуството на ергосфера, има облик на образен елипсоид, во чиј облик често сме гледале црни дупки на цртежите, во старите филмови или видео игри.

• Колку тежи црна дупка? – Најголемата теоретски материјална појавата на црна дупка е достапно за сценарио за нејзино појавување како резултат на колапс на ѕвезда. Во овој случај, максималната маса на неутронска ѕвезда и минималната маса на црната дупка се одредуваат со границата Опенхајмер - Волков, според која долната граница на масата на црната дупка е 2,5 - 3 соларни маси. Најтешката црна дупка што е откриена (во галаксијата NGC 4889) има маса од 21 милијарда соларни маси. Сепак, не треба да заборавиме на црните дупки кои хипотетички се појавуваат како резултат на нуклеарни реакции при високи енергии, како оние кај судирите. Масата на таквите квантни црни дупки, со други зборови „Планкови црни дупки“, е од редот на големината, имено 2·10−5 g.
• Големина на црна дупка. Минималниот радиус на црната дупка може да се пресмета од минималната маса (2,5 – 3 соларни маси). Ако гравитациониот радиус на Сонцето, односно областа каде што би се наоѓал хоризонтот на настани е околу 2,95 km, тогаш минималниот радиус на црна дупка од 3 соларни маси ќе биде околу девет километри. Вакви релативно мали големини е тешко да се разберат кога ние зборуваме заза масивни објекти кои привлекуваат сè околу себе. Меѓутоа, за квантните црни дупки радиусот е 10 -35 m.
• Просечната густина на црната дупка зависи од два параметри: маса и радиус. Густината на црна дупка со маса од околу три соларни маси е околу 6 10 26 kg/m³, додека густината на водата е 1000 kg/m³. Сепак, толку мали црни дупки научниците не ги пронашле. Повеќето откриени црни дупки имаат маси поголеми од 105 соларни маси. Постои интересна шема според која колку е помасивна црната дупка, толку е помала нејзината густина. Во овој случај, промената на масата за 11 реда на величина повлекува промена на густината за 22 реда на величина. Така, црна дупка со маса од 1·10 9 соларни маси има густина од 18,5 kg/m³, што е по единица помала густиназлато. И црните дупки со маса од повеќе од 10 10 соларни маси можат да имаат просечна густинапомала густина на воздухот. Врз основа на овие пресметки, логично е да се претпостави дека формирањето на црна дупка не се случува поради компресија на материјата, туку како резултат на акумулација на голема количина материја во одреден волумен. Во случај на квантни црни дупки, нивната густина може да биде околу 10 94 kg/m³.
• Температурата на црната дупка зависи и обратно од нејзината маса. Оваа температура е директно поврзана со. Спектарот на ова зрачење се совпаѓа со спектарот на апсолутно црно тело, односно тело кое го апсорбира целото инцидентно зрачење. Спектарот на зрачење на апсолутно црно тело зависи само од неговата температура, тогаш температурата на црната дупка може да се одреди од спектарот на зрачење на Хокинг. Како што споменавме погоре, ова зрачење е помоќно колку е помала црната дупка. Во исто време, зрачењето на Хокинг останува хипотетичко, бидејќи сè уште не е забележано од астрономите. Од ова произлегува дека ако постои Хокингово зрачење, тогаш температурата на набљудуваните црни дупки е толку ниска што не дозволува да се открие ова зрачење. Според пресметките, дури и температурата на дупка со маса од редот на масата на Сонцето е занемарливо мала (1·10 -7 К или -272°C). Температурата на квантните црни дупки може да достигне околу 10 12 К и со нивното брзо испарување (околу 1,5 минути), таквите црни дупки можат да испуштаат енергија од редот на десет милиони атомски бомби. Но, за среќа, за да се создадат такви хипотетички објекти би била потребна енергија 10 14 пати повеќе од тоа, што беше постигнато денеска на Големиот хадронски судирач. Покрај тоа, ваквите појави никогаш не биле забележани од астрономите.

Од што се состои црната дупка?

Друго прашање ги загрижува и научниците и оние кои едноставно се заинтересирани за астрофизиката - од што се состои црната дупка? Не постои јасен одговор на ова прашање, бидејќи не е можно да се погледне подалеку од хоризонтот на настани околу која било црна дупка. Покрај тоа, како што беше споменато претходно, теоретските модели на црна дупка обезбедуваат само 3 нејзини компоненти: ергосферата, хоризонтот на настани и сингуларноста. Логично е да се претпостави дека во ергосферата постојат само оние објекти кои биле привлечени од црната дупка и кои сега се вртат околу неа - разни видовикосмички тела и космички гас. Хоризонтот на настани е само тенка имплицитна граница, еднаш зад која истите космички тела неповратно се привлекуваат кон последната главна компонента на црната дупка - сингуларноста. Природата на сингуларноста денес не е проучена и рано е да се зборува за неговиот состав.

Според некои претпоставки, црната дупка може да се состои од неутрони. Ако го следиме сценариото за појава на црна дупка како резултат на компресија на ѕвезда на неутронска ѕвезда со нејзиното последователно компресија, тогаш веројатно главниот дел од црната дупка се состои од неутрони, од кои се состои самата црна дупка. неутронска ѕвезда. Со едноставни зборови: Кога ѕвездата се распаѓа, нејзините атоми се компресирани на таков начин што електроните се спојуваат со протоните, а со тоа формираат неутрони. Слична реакција всушност се случува и во природата, а со формирањето на неутрон доаѓа до неутрино зрачење. Сепак, ова се само претпоставки.

Што се случува ако паднете во црна дупка?

Паѓањето во астрофизичка црна дупка предизвикува растегнување на телото. Размислете за хипотетички самоубиец космонаут кој се упатува во црна дупка облечен само во вселенски костум, прво нозете. Преминувајќи го хоризонтот на настани, астронаутот нема да забележи никакви промени и покрај тоа што повеќе нема можност да се врати назад. Во одреден момент, астронаутот ќе достигне точка (малку зад хоризонтот на настани) во која ќе почне да се јавува деформација на неговото тело. Бидејќи гравитационото поле на црната дупка е нерамномерно и е претставено со градиент на сила што се зголемува кон центарот, нозете на астронаутот ќе бидат предмет на значително поголемо гравитационо влијание отколку, на пример, главата. Потоа, поради гравитацијата, поточно плимните сили, нозете ќе „паднат“ побрзо. Така, телото почнува постепено да се издолжува во должина. За опис слична појаваастрофизичарите смислија прилично креативен термин - шпагетификација. Понатамошното истегнување на телото веројатно ќе го разложи на атоми, кои, порано или подоцна, ќе достигнат сингуларност. Може само да се погоди како човек ќе се чувствува во оваа ситуација. Вреди да се напомене дека ефектот на истегнување на телото е обратно пропорционален на масата на црната дупка. Односно, ако црна дупка со маса од три сонца веднаш го истегне/раскине телото, тогаш супермасивната црна дупка ќе има помали плимни сили и, постојат претпоставки дека некои физички материјалиможе да „толерира“ таква деформација без да ја изгуби својата структура.

Како што знаете, времето тече побавно во близина на масивни објекти, што значи дека времето за астронаутот-самоубиец ќе тече многу побавно отколку за земните. Во овој случај, можеби тој ќе ги надживее не само неговите пријатели, туку и самата Земја. За да се одреди колку времето ќе забави за астронаутот, ќе бидат потребни пресметки, но од горенаведеното може да се претпостави дека астронаутот ќе падне во црната дупка многу бавно и, можеби, едноставно нема да го доживее моментот кога неговиот телото почнува да се деформира.

Вреди да се одбележи дека за набљудувач однадвор, сите тела што летаат до хоризонтот на настани ќе останат на работ на овој хоризонт додека нивната слика не исчезне. Причината за овој феномен е гравитациското црвено поместување. Донекаде поедноставувајќи, можеме да кажеме дека светлината што паѓа врз телото на космонаут самоубиец „замрзнат“ на хоризонтот на настани ќе ја промени својата фреквенција поради неговото забавено време. Бидејќи времето течепобавно, фреквенцијата на светлината ќе се намали и брановата должина ќе се зголеми. Како резултат на овој феномен, на излезот, односно за надворешен набљудувач, светлината постепено ќе се префрли кон ниска фреквенција - црвено. Ќе се случи поместување на светлината долж спектарот, бидејќи космонаутот самоубиец се оддалечува од набљудувачот, иако речиси незабележливо, а неговото време тече сè побавно. Така, светлината што ја рефлектира неговото тело наскоро ќе оди подалеку видлив спектар(сликата ќе исчезне), и во понатаму телоастронаутот може да се открие само во областа инфрацрвено зрачење, подоцна - во радио фреквенција, и како резултат на тоа зрачењето ќе биде целосно неостварливо.

И покрај горенаведеното, се претпоставува дека во многу големи супермасивни црни дупки, плимните сили не се менуваат толку многу со растојанието и дејствуваат речиси подеднакво на телото што паѓа. Во овој случај, леталото што паѓа би ја задржало својата структура. Се поставува разумно прашање: каде води црната дупка? На ова прашање може да одговори работата на некои научници, поврзувајќи два феномени како на пр црвливи дупкии црни дупки.

Во далечната 1935 година, Алберт Ајнштајн и Нејтан Розен изнесоа хипотеза за постоењето на таканаречените црвливи дупки, поврзувајќи две точки на време-просторот преку места со значителна кривина на второто - мост или црвја дупка Ајнштајн-Розен. За толку моќно искривување на просторот би биле потребни тела со џиновска маса, чија улога совршено би ја исполниле црните дупки.

Мостот Ајнштајн-Розен - се смета за непроодна црвја дупка бидејќи има мали димензиии е нестабилен.

Во рамките на теоријата за црни и бели дупки можна е проодна црвја дупка. Каде бела дупкае излез на информации заробени во црна дупка. Белата дупка е опишана во рамките на општата релативност, но денес останува хипотетичка и не е откриена. Друг модел на црвја дупка беше предложен од американските научници Кип Торн и неговиот дипломиран студент Мајк Морис, кој може да биде прооден. Меѓутоа, и во случајот со црвоточината Морис-Торн и во случајот со црните и белите дупки, можноста за патување бара постоење на таканаречена егзотична материја, која има негативна енергија и исто така останува хипотетичка.

Црните дупки во универзумот

Постоењето на црни дупки беше потврдено релативно неодамна (септември 2015 година), но пред тоа време веќе имаше многу теоретски материјал за природата на црните дупки, како и многу објекти кандидати за улогата на црна дупка. Пред сè, треба да ја земете предвид големината на црната дупка, бидејќи самата природа на феноменот зависи од нив:

• Ѕвездена маса црна дупка. Таквите објекти се формираат како резултат на колапс на ѕвезда. Како што споменавме порано, минималната маса на тело способно да формира таква црна дупка е 2,5 - 3 соларни маси.
• Црни дупки Просечната тежина . Условно среден типцрни дупки кои пораснале во големина со конзумирање на блиски објекти, како што се јато гас, блиска ѕвезда (во системи со две ѕвезди) и други космички тела.
• Супермасивна црна дупка. Компактни објекти со 10 5 -10 10 соларни маси. Карактеристични својстваВаквите БХ се карактеризираат со парадоксално мала густина, како и со слаби плимни сили, кои беа споменати претходно. Ова е токму супермасивната црна дупка во центарот на нашата галаксија Млечен Пат (Стрелец A*, Sgr A*), како и повеќето други галаксии.

Кандидати за ЧД

Најблиската црна дупка, поточно кандидат за улогата на црна дупка, е објект (V616 Monoceros), кој се наоѓа на растојание од 3000 светлосни години од Сонцето (во нашата галаксија). Се состои од две компоненти: ѕвезда со маса од половина од масата на Сонцето, како и невидливо мало тело чија маса е 3-5 соларни маси. Ако овој објект се покаже дека е мала црна дупка со ѕвездена маса, тогаш со право ќе стане најблиската црна дупка.

По овој објект, втората најблиска црна дупка е објектот Cygnus X-1 (Cyg X-1), кој беше првиот кандидат за улогата на црна дупка. Растојанието до него е приближно 6070 светлосни години. Доста добро проучен: има маса од 14,8 соларни маси и радиус на хоризонтот на настани од околу 26 km.

Според некои извори, друг најблизок кандидат за улогата на црна дупка може да биде тело во ѕвезден систем V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), кој во 1999 година се проценува дека се наоѓа на растојание од 1600 светлосни години. Сепак, последователните студии го зголемија ова растојание за најмалку 15 пати.

Колку црни дупки има во нашата галаксија?

Не постои точен одговор на ова прашање, бидејќи нивното набљудување е доста тешко, а во текот на целиот период на проучување на небото, научниците успеаја да откријат околу десетина црни дупки во рамките на Млечниот Пат. Без да се впуштаме во пресметките, забележуваме дека во нашата галаксија има околу 100-400 милијарди ѕвезди, а приближно секоја илјадита ѕвезда има доволно маса за да формира црна дупка. Многу е веројатно дека милиони црни дупки можеле да се формираат за време на постоењето на Млечниот Пат. Бидејќи е полесно да се детектираат црни дупки со огромна големина, логично е да се претпостави дека најверојатно поголемиот дел од црните дупки во нашата галаксија не се супермасивни. Вреди да се одбележи дека истражувањето на НАСА во 2005 година сугерира присуство на цел рој црни дупки (10-20 илјади) кои се вртат околу центарот на галаксијата. Покрај тоа, во 2016 година, јапонските астрофизичари открија масивен сателит во близина на објектот * - црна дупка, јадрото на Млечниот Пат. Поради малиот радиус (0,15 светлосни години) на ова тело, како и неговата огромна маса (100.000 соларни маси), научниците претпоставуваат дека и овој објект е супермасивна црна дупка.

Јадрото на нашата галаксија, црната дупка на Млечниот Пат (Sagittarius A*, Sgr A* или Sagittarius A*) е супермасивно и има маса од 4,31 10 6 соларни маси и радиус од 0,00071 светлосни години (6,25 светлосни часови или 6,75 милијарди км). Температурата на Стрелец А*, заедно со кластерот околу него, е околу 1·10 7 К.

Најголемата црна дупка

Најголемата црна дупка во Универзумот што ја открија научниците е супермасивна црна дупка, FSRQ blazar, во центарот на галаксијата S5 0014+81, на растојание од 1,2 10 10 светлосни години од Земјата. Од страна на прелиминарни резултатинабљудување користејќи вселенска опсерваторијаСвифт, масата на црната дупка била 40 милијарди (40 10 9) соларни маси, а Шварцшилдовиот радиус на таквата дупка бил 118,35 милијарди километри (0,013 светлосни години). Покрај тоа, според пресметките, тој настанал пред 12,1 милијарди години (1,6 милијарди години по големата експлозија). Ако оваа џиновска црна дупка не ја апсорбира материјата што ја опкружува, ќе живее до ерата на црните дупки - една од ерата на развојот на Универзумот, во која црните дупки ќе доминираат во неа. Ако јадрото на галаксијата S5 0014+81 продолжи да расте, тоа ќе стане една од последните црни дупки што ќе постојат во Универзумот.

Другите две познати црни дупки, иако ги немаат соодветни имиња, има највисока вредностза проучување на црните дупки, бидејќи тие го потврдија своето постоење експериментално, а исто така дадоа важни резултатида ја проучува гравитацијата. Станува збор за настанот GW150914, кој е судир на две црни дупки во една. Овој настандозволено да се регистрира.

Откривање на црни дупки

Пред да ги разгледаме методите за откривање црни дупки, треба да одговориме на прашањето - зошто црната дупка е црна? – одговорот на ова не бара длабоко познавање на астрофизиката и космологијата. Факт е дека црната дупка го апсорбира целото зрачење што паѓа врз неа и воопшто не испушта, ако не се земе предвид хипотетичкото. Ако го разгледаме овој феномен подетално, можеме да претпоставиме дека процесите што водат до ослободување на енергија во форма на електромагнетно зрачење не се случуваат во црните дупки. Потоа, ако емитира црна дупка, тоа го прави во спектарот на Хокинг (што се совпаѓа со спектарот на загреано, апсолутно црно тело). Сепак, како што беше споменато претходно, ова зрачење не беше откриено, што сугерира дека температурата на црните дупки е целосно ниска.

Друга општо прифатена теорија го вели тоа електромагнетно зрачењеи воопшто не е способен да го напушти хоризонтот на настани. Најверојатно е дека фотоните (честичките на светлината) не се привлекуваат од масивни објекти, бидејќи, според теоријата, тие самите немаат маса. Сепак, црната дупка сè уште „привлекува“ фотони на светлина преку искривување на простор-времето. Ако ја замислиме црната дупка во вселената како еден вид вдлабнатина на мазната површина на простор-времето, тогаш постои одредено растојание од центарот на црната дупка, до кое светлината повеќе нема да може да се оддалечи од неа. Односно, грубо кажано, светлината почнува да „паѓа“ во „дупка“ која нема ни „дно“.

Дополнително, ако го земеме предвид ефектот на гравитациското поместување на црвено, можно е светлината во црната дупка да ја изгуби својата фреквенција, поместувајќи се долж спектарот во регионот на нискофреквентно зрачење со долги бранови додека целосно не ја изгуби енергијата.

Значи, црната дупка има црна боја и затоа е тешко да се открие во вселената.

Методи за откривање

Да ги погледнеме методите што ги користат астрономите за откривање црна дупка:

Покрај методите споменати погоре, научниците често поврзуваат објекти како што се црните дупки и. Квазарите се одредени кластери на космички тела и гасови, кои се меѓу најсветлите астрономски објекти во Универзумот. Бидејќи тие имаат висок интензитет на луминисценција при релативно мали димензии, постои причина да се претпостави дека центарот на овие објекти е супермасивна црна дупка, која ја привлекува околната материја. Поради таква моќна гравитациска привлечностпривлечената материја е толку жешка што интензивно зрачи. Откривањето на таквите објекти обично се споредува со откривањето на црна дупка. Понекогаш квазарите можат да испуштаат млазови од загреана плазма во две насоки - релативистички млазови. Причините за појавата на таквите млазови не се сосема јасни, но тие веројатно се предизвикани од интеракцијата на магнетните полиња на црната дупка и акрецискиот диск, а не се емитуваат од директната црна дупка.

Авион во галаксијата М87 снима од центарот на црната дупка

Да го резимираме горенаведеното, може да се замисли, одблиску: ова е сферичен црн објект околу кој се ротира многу загреаната материја, формирајќи прозрачен акрециски диск.

Спојувања и судири на црни дупки

Еден од најинтересните појавиво астрофизиката е судирот на црните дупки, што исто така овозможува откривање на такви масивни астрономски тела. Ваквите процеси се од интерес не само за астрофизичарите, бидејќи резултираат со феномени слабо проучени од физичарите. Најјасен примере претходно споменатиот настан наречен GW150914, кога две црни дупки се доближиле толку блиску што, како резултат на нивната меѓусебна гравитациска привлечност, се споиле во една. Важна последица на овој судир беше појавата на гравитациони бранови.

Според дефиницијата за гравитациони бранови се работи за промени гравитациско поле, кои се шират на брановиден начин од масивни објекти кои се движат. Кога два такви предмети ќе се приближат, тие почнуваат да се вртат наоколу општ центаргравитација. Како што се приближуваат, тие се вртат наоколу сопствена оскасе зголемува. Ваквите наизменични осцилации на гравитационото поле во одреден момент можат да формираат едно моќно гравитациски бран, кој може да се шири низ вселената со милиони светлосни години. Така, на растојание од 1,3 милијарди светлосни години, две црни дупки се судрија, создавајќи моќен гравитациски бран кој стигна до Земјата на 14 септември 2015 година и беше снимен LIGO детектории ДЕВИЦА.

Како умираат црните дупки?

Очигледно, за црната дупка да престане да постои, ќе треба да ја изгуби целата своја маса. Меѓутоа, според нејзината дефиниција, ништо не може да ја напушти црната дупка доколку таа го преминала нејзиниот хоризонт на настани. Познато е дека можноста за емисија на честички од црна дупка првпат ја спомна советскиот теоретски физичар Владимир Грибов, во неговата дискусија со друг советски научник Јаков Зелдович. Тој тврдеше дека од гледна точка квантна механикацрната дупка е способна да емитува честички низ ефект на тунел. Подоцна, користејќи ја квантната механика, англискиот теоретски физичар Стивен Хокинг изгради своја, малку поинаква теорија. Прочитајте повеќе за овој феноменМожете да читате. Накратко кажано, во вакуум постојат т.н виртуелни честички, кои постојано се раѓаат во парови и меѓусебно се уништуваат, без интеракција со надворешниот свет. Но, ако таквите парови се појават на хоризонтот на настани на црна дупка, тогаш силна гравитацијахипотетички способни да ги раздвојат, при што едната честичка паѓа во црната дупка, а другата тргнува подалеку од црната дупка. И бидејќи честичката што лета од дупка може да се набљудува, и затоа има позитивна енергија, тогаш честичката што паѓа во дупка мора да има негативни енергии. Така, црната дупка ќе ја изгуби својата енергија и ќе настане ефект, кој се нарекува испарување на црната дупка.

Според постоечките модели на црна дупка, како што беше споменато претходно, како што се намалува нејзината маса, нејзиното зрачење станува поинтензивно. Потоа, во последната фаза од постоењето на црната дупка, кога може да се намали до големината на квантната црна дупка, таа ќе ослободи огромна количина на енергија во форма на зрачење, што може да биде еквивалентно на илјадници, па дури и милиони атомски бомби. Овој настан донекаде потсетува на експлозија на црна дупка, како истата бомба. Според пресметките, исконските црни дупки можеле да се родат како резултат на Големата експлозија, а оние од нив со маса од околу 10 12 кг би испарувале и експлодирале околу нашето време. Како и да е, такви експлозии никогаш не биле забележани од астрономите.

И покрај предложениот механизам на Хокинг за уништување на црните дупки, својствата на Хокинговото зрачење предизвикуваат парадокс во рамките на квантната механика. Ако црната дупка апсорбира одредено тело, а потоа ја изгуби масата што произлегува од апсорпцијата на ова тело, тогаш без разлика на природата на телото, црната дупка нема да се разликува од она што била пред да го апсорбира телото. Во овој случај, информациите за телото се засекогаш изгубени. Од гледна точка на теоретските пресметки, трансформацијата на почетната чиста состојба во добиената мешана („топлинска“) состојба не одговара на сегашната теорија на квантната механика. Овој парадокс понекогаш се нарекува исчезнување на информации во Црна дупка. Дефинитивно решение за овој парадокс никогаш не е најдено. Познати решенија за парадоксот:

• Невалидноста на теоријата на Хокинг. Ова повлекува неможност за уништување на црна дупка и нејзин постојан раст.
• Присуство на бели дупки. Во овој случај, апсорбираната информација не исчезнува, туку едноставно се фрла во друг универзум.
• Неконзистентноста на општоприфатената теорија на квантната механика.

Нерешен проблем на физиката на црните дупки

Судејќи според сè што беше опишано претходно, црните дупки, иако се проучувани релативно долго време, сепак имаат многу карактеристики, чии механизми сè уште се непознати за научниците.

• Во 1970 година, англиски научник го формулирал т.н. „Принципот на космичка цензура“ - „Природата ја згрозува голата сингуларност“. Ова значи дека сингуларитетите се формираат само на скриени места, како центарот на црна дупка. Сепак, за да се докаже овој принципДосега тоа не беше можно. Постојат и теоретски пресметки според кои може да се појави „гола“ сингуларност.
• Не е докажана ниту „теоремата без коса“, според која црните дупки имаат само три параметри.
• Не е развиен целосна теоријамагнетосфера на црна дупка.
• Природата и физиката на гравитациската сингуларност не се проучени.
• Не е познато со сигурност што се случува во последната фаза од постоењето на црна дупка и што останува по нејзиното квантно распаѓање.

Интересни факти за црните дупки

Сумирајќи го горенаведеното, можеме да истакнеме неколку интересни и необични карактеристики на природата на црните дупки:

• BHs имаат само три параметри: маса, електричен полнеж и аголен моментум. Како резултат на толку мал број карактеристики на ова тело, теоремата што го наведува ова се нарекува „теорема без коса“. Од тука потекнува и фразата „црна дупка нема влакна“, што значи дека две црни дупки се апсолутно идентични, нивните три споменати параметри се исти.
• Густината на црната дупка може да биде помала од густината на воздухот, а температурата е блиску до апсолутна нула. Од ова можеме да претпоставиме дека формирањето на црна дупка не се случува поради компресија на материјата, туку како резултат на акумулација на голема количина материја во одреден волумен.
• Времето минува многу побавно за телата апсорбирани од црна дупка отколку за надворешен набљудувач. Покрај тоа, апсорбираните тела значително се протегаат во внатрешноста на црната дупка, која научниците ја нарекоа шпагетификација.
• Можеби има околу милион црни дупки во нашата галаксија.
• Веројатно постои супермасивна црна дупка во центарот на секоја галаксија.
• Во иднина, според теоретски модел, Универзумот ќе ја достигне таканаречената ера на црни дупки, кога BH ќе станат доминантни тела во Универзумот.

Веројатно сте виделе научно-фантастични филмови каде хероите, патувајќи во вселената, се наоѓаат во друг универзум? Најчесто, мистериозните космички црни дупки стануваат врата на друг свет. Излегува дека има одредена вистина во овие приказни. Така велат научниците.

Кога самиот центар на ѕвездата - во нејзиното јадро - останува без гориво, сите нејзини честички стануваат многу тешки. И тогаш, целата планета пропаѓа во нејзиниот центар. Ова предизвикува моќен ударен бран, која ја кине надворешната, сè уште гори, обвивка на ѕвездата и таа експлодира во заслепувачки блесок. Една кафена лажичка мала изумрена ѕвезда тежи неколку милијарди тони. Таквата ѕвезда се нарекува неутрон. И ако ѕвездата е дваесет до триесет пати поголема од нашето сонце, нејзиното уништување води до формирање на чуден феноменво универзумот - Црна дупка.

Гравитацијата во црната дупка е толку силна што заробува планети, гасови, па дури и светлина. Црните дупки се невидливи, тие можат да се најдат само со огромна инка од космички тела што летаат во неа. Само околу некои дупки се формира светол сјај. На крајот на краиштата, брзината на ротација е многу голема, честичките на небесните тела се загреваат до милиони степени и светат светло

Космичка црна дупкаги привлекува сите предмети, извртувајќи ги во спирала. Како што предметите се приближуваат до црната дупка, тие почнуваат да се забрзуваат и да се протегаат, како џиновски шпагети. Силата на привлечност постепено расте и во одреден момент станува толку монструозна што ништо не може да ја надмине. Оваа граница се нарекува хоризонт на настани. Секој настан што ќе се случи зад него ќе остане невидлив засекогаш.

Научниците сугерираат дека црните дупки можат да создадат тунели во вселената - „црвени дупки“. Ако паднете во него, можете да поминете низ вселената и да се најдете во друг универзум, каде што постои спротивната бела дупка. Можеби еден ден оваа тајна ќе биде откриена кај моќниците вселенски бродовилуѓето ќе патуваат во други димензии.

Мистериозни и неостварливи црни дупки. Законите на физиката ја потврдуваат можноста за нивно постоење во универзумот, но сè уште остануваат многу прашања. Бројни набљудувања покажуваат дека дупки постојат во универзумот и дека има повеќе од милион од овие објекти.

Што се црните дупки?

Уште во 1915 година, при решавањето на равенките на Ајнштајн, беше предвиден феномен како „црни дупки“. Сепак научна заедницаЗа нив се заинтересирав дури во 1967 година. Тие тогаш беа наречени „срушени ѕвезди“, „замрзнати ѕвезди“.

Во денешно време, црната дупка е регион од времето и просторот што има таква гравитација што дури и зрак светлина не може да избега од него.

Како се формираат црните дупки?

Постојат неколку теории за појава на црни дупки, кои се поделени на хипотетички и реални. Наједноставната и најраспространета реалистична е теоријата за гравитационен колапс на големи ѕвезди.

Кога е доволно масивна ѕвездапред „смртта“ расте во големина и станува нестабилен, трошејќи го последното гориво. Во исто време, масата на ѕвездата останува непроменета, но нејзината големина се намалува како што се случува таканареченото згуснување. Со други зборови, кога ќе се набие, тешкото јадро „паѓа“ во себе. Паралелно со ова, набивањето доведува до нагло зголемување на температурата во внатрешноста на ѕвездата и се откинуваат надворешните слоеви на небесното тело, од кои се формираат нови ѕвезди. Во исто време, во центарот на ѕвездата, јадрото паѓа во својот „центар“. Како резултат на дејството на гравитационите сили, центарот се урива до точка - односно, гравитационите сили се толку силни што го апсорбираат набиеното јадро. Така се раѓа црна дупка која почнува да го искривува просторот и времето така што ни светлината не може да избега од неа.

Во центарот на сите галаксии се наоѓа супермасивна црна дупка. Според теоријата на релативност на Ајнштајн:

„Секоја маса ги искривува просторот и времето“.

Сега замислете колку црна дупка го искривува времето и просторот, бидејќи нејзината маса е огромна и во исто време стисната во ултра мал волумен. Оваа способност ја предизвикува следната чудност:

„Црните дупки имаат способност практично да го запрат времето и да го компресираат просторот. Поради ова екстремно искривување, дупките стануваат невидливи за нас“.

Ако црните дупки не се видливи, како да знаеме дека постојат?

Да, иако црната дупка е невидлива, таа треба да биде забележлива поради материјата што паѓа во неа. Како и ѕвездениот гас, кој е привлечен од црна дупка, кога се приближува до хоризонтот на настани, температурата на гасот почнува да расте до ултра високи вредности, што доведува до сјај. Ова е причината зошто црните дупки светат. Благодарение на ова, иако слаб, сјај, астрономите и астрофизичарите го објаснуваат присуството во центарот на галаксијата на објект со мал волумен, но огромна маса. Во моментов, како резултат на набљудувањата, откриени се околу 1000 објекти кои по однесување се слични на црните дупки.

Црни дупки и галаксии

Како црните дупки можат да влијаат на галаксиите? Ова прашање ги мачи научниците ширум светот. Постои хипотеза според која токму црните дупки лоцирани во центарот на галаксијата влијаат на нејзината форма и еволуција. И дека кога се судираат две галаксии, црните дупки се спојуваат и за време на овој процес се ослободува толкаво количество енергија и материја што се формираат нови ѕвезди.

Видови црни дупки

• Според постоечка теорија, постојат три вида црни дупки: ѕвездени, супермасивни, минијатурни. И секој од нив беше формиран на посебен начин.
• - Црни дупки од ѕвездени маси, расте до огромни големини и пропаѓа.
  - Супермасивни црни дупки кои можат да имаат маса еквивалентна на милиони Сонца, со голема веројатностпостојат во центрите на речиси сите галаксии, вклучувајќи ја и нашата млечен пат. Научниците сè уште имаат различни хипотези за формирање на супермасивни црни дупки. Засега е познато само едно - супермасивните црни дупки се нуспроизвод од формирањето на галаксиите. Супермасивни црни дупки - тие се различни од редовни темикои имаат многу голема величина, но парадоксално мала густина.
• - Никој се уште не успеал да открие минијатурна црна дупка која би имала маса помала од Сонцето. Можно е минијатурни дупки да се формираат набргу по Големата експлозија, што е почетната точно постоењенашиот универзум (пред околу 13,7 милијарди години).
• - Неодамна беше воведен нов концепт како „бели црни дупки“. Ова е сепак хипотетичка црна дупка, што е спротивно на црната дупка. Стивен Хокинг активно ја проучувал можноста за постоење на бели дупки.
• - Квантни црни дупки - тие досега постојат само во теорија. Квантните црни дупки може да се формираат кога ултра мали честички се судираат како резултат на нуклеарна реакција.
• - Примарните црни дупки се исто така теорија. Тие се формирани веднаш по нивното потекло.

Моментално постои голем број на отворени прашања, на кои допрва треба да одговорат идните генерации. На пример, дали навистина постојат таканаречените „црвени дупки“ со чија помош може да се патува низ просторот и времето. Што точно се случува во црна дупка и кои закони ги почитуваат овие феномени. А што е со исчезнувањето на информациите во црна дупка?