หลุมดำดาวเคราะห์อวกาศ หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก

เอส. ทรานคอฟสกี้

ในบรรดาปัญหาที่สำคัญและน่าสนใจที่สุดของฟิสิกส์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์สมัยใหม่ นักวิชาการ V.L. Ginzburg ได้ตั้งชื่อประเด็นที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำ (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 11, 12, 1999) มีการทำนายการมีอยู่ของวัตถุแปลก ๆ เหล่านี้เมื่อกว่าสองร้อยปีที่แล้ว สภาพที่นำไปสู่การก่อตัวของมันได้รับการคำนวณอย่างแม่นยำในช่วงปลายทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 และฟิสิกส์ดาราศาสตร์เริ่มศึกษาพวกมันอย่างจริงจังเมื่อไม่ถึงสี่สิบปีก่อน ปัจจุบัน วารสารวิทยาศาสตร์ทั่วโลกตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับหลุมดำหลายพันบทความทุกปี

การก่อตัวของหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี

นี่เป็นธรรมเนียมที่จะต้องพรรณนาถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้กับหลุมดำที่กำลังยุบตัว เมื่อเวลาผ่านไป (Y) พื้นที่ (X) รอบๆ พื้นที่นั้น (พื้นที่แรเงา) จะหดตัวลง และพุ่งเข้าหาภาวะเอกฐาน

สนามโน้มถ่วงของหลุมดำทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างรุนแรงในเรขาคณิตของอวกาศ

หลุมดำซึ่งมองไม่เห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ จะเผยให้เห็นตัวเองโดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

ในสนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของหลุมดำ คู่อนุภาคและปฏิปักษ์ได้ถือกำเนิดขึ้น

การเกิดคู่อนุภาค-ปฏิปักษ์ในห้องปฏิบัติการ

พวกเขาเกิดขึ้นได้อย่างไร

เทห์ฟากฟ้าที่ส่องสว่างซึ่งมีความหนาแน่นเท่ากับโลกและมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์สองร้อยห้าสิบเท่าเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมัน จะไม่ยอมให้แสงมาถึงเรา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่วัตถุเรืองแสงที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลยังคงมองไม่เห็นอย่างแม่นยำเนื่องจากขนาดของมัน
ปิแอร์ ไซมอน ลาปลาซ.
นิทรรศการระบบโลก พ.ศ. 2339

ในปี 1783 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ John Mitchell และอีก 13 ปีต่อมา Pierre Simon Laplace นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ทำการศึกษาที่แปลกประหลาดมากโดยไม่ขึ้นอยู่กับเขา พวกเขามองดูสภาวะที่แสงไม่สามารถหนีจากดาวฤกษ์ได้

ตรรกะของนักวิทยาศาสตร์นั้นเรียบง่าย สำหรับวัตถุทางดาราศาสตร์ใดๆ (ดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์) มีความเป็นไปได้ที่จะคำนวณสิ่งที่เรียกว่าความเร็วหลุดพ้น หรือความเร็วจักรวาลที่สอง ซึ่งช่วยให้วัตถุหรืออนุภาคใดๆ หลุดลอยไปตลอดกาล และในฟิสิกส์ในยุคนั้น ทฤษฎีของนิวตันครองอำนาจสูงสุด โดยที่แสงคือการไหลของอนุภาค (ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและควอนตัมยังอยู่ห่างออกไปเกือบร้อยห้าสิบปี) ความเร็วหลุดพ้นของอนุภาคสามารถคำนวณได้จากความเท่าเทียมกันของพลังงานศักย์บนพื้นผิวดาวเคราะห์และพลังงานจลน์ของร่างกายที่ "หลบหนี" ไปเป็นระยะทางไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ความเร็วนี้ถูกกำหนดโดยสูตร #1#

ที่ไหน ม- มวลของวัตถุอวกาศ ร- รัศมีของมัน ช- ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง

จากนี้เราสามารถรับรัศมีของวัตถุที่มีมวลที่กำหนดได้อย่างง่ายดาย (ต่อมาเรียกว่า "รัศมีความโน้มถ่วง" ร g ") โดยที่ความเร็วหลุดพ้นเท่ากับความเร็วแสง:

ซึ่งหมายความว่าดาวดวงหนึ่งถูกบีบอัดจนกลายเป็นทรงกลมที่มีรัศมี รก< 2จีเอ็ม/ค 2 จะหยุดเปล่งแสง - แสงจะไม่สามารถออกไปได้ หลุมดำจะปรากฏขึ้นในจักรวาล

ง่ายที่จะคำนวณว่าดวงอาทิตย์ (มวล 2.1033 กรัม) จะกลายเป็นหลุมดำหากหดตัวในรัศมีประมาณ 3 กิโลเมตร ความหนาแน่นของสารจะสูงถึง 10 16 g/cm 3 . รัศมีของโลกที่ถูกบีบอัดจนกลายเป็นหลุมดำจะลดลงเหลือประมาณหนึ่งเซนติเมตร

ดูเหมือนเหลือเชื่อที่อาจมีพลังในธรรมชาติที่สามารถบีบอัดดาวฤกษ์ให้มีขนาดเล็กลงได้ ดังนั้นข้อสรุปจากผลงานของมิทเชลล์และลาปลาซจึงได้รับการพิจารณามานานกว่าร้อยปีแล้วว่าเป็นสิ่งที่ขัดแย้งทางคณิตศาสตร์ที่ไม่มีความหมายทางกายภาพ

การพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดว่าวัตถุแปลกใหม่ในอวกาศนั้นเป็นไปได้นั้นได้มาในปี 1916 เท่านั้น หลังจากวิเคราะห์สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล ชวาซไชลด์ ก็ได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจ เมื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่เขาได้ข้อสรุป: สมการสูญเสียความหมายทางกายภาพ (สารละลายเปลี่ยนเป็นอนันต์) เมื่อ ร= 0 และ ร = รก.

จุดที่ลักษณะของสนามกลายเป็นสิ่งไร้ความหมายเรียกว่าเอกพจน์นั่นคือพิเศษ ภาวะเอกฐานที่จุดศูนย์สะท้อนถึงโครงสร้างแบบสมมาตรตรงกลางของสนามในทิศทางเดียวกัน (ท้ายที่สุดแล้ว วัตถุทรงกลมใดๆ เช่น ดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ สามารถแสดงเป็นจุดวัตถุได้) และจุดที่อยู่บนพื้นผิวทรงกลมที่มีรัศมี ร g สร้างพื้นผิวซึ่งมีความเร็วหลุดพ้นเท่ากับความเร็วแสง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เรียกว่าทรงกลมเอกพจน์ชวาร์สไชลด์ หรือขอบฟ้าเหตุการณ์ (เหตุใดจึงจะชัดเจนในภายหลัง)

จากตัวอย่างของวัตถุที่เราคุ้นเคย - โลกและดวงอาทิตย์ - เป็นที่ชัดเจนว่าหลุมดำเป็นวัตถุที่แปลกประหลาดมาก แม้แต่นักดาราศาสตร์ที่จัดการกับสสารที่อุณหภูมิความหนาแน่นและความดันสุดขั้วก็ถือว่าพวกมันแปลกใหม่มากและจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ทุกคนไม่เชื่อในการดำรงอยู่ของพวกเขา อย่างไรก็ตาม ข้อบ่งชี้แรกของความเป็นไปได้ในการก่อตัวของหลุมดำมีอยู่แล้วในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ A. Einstein ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1915 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Arthur Eddington หนึ่งในผู้แปลและผู้เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพคนแรกๆ ในช่วงทศวรรษที่ 30 ได้รับระบบสมการที่อธิบายโครงสร้างภายในของดวงดาว ตามมาว่าดาวฤกษ์อยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มีทิศทางตรงข้ามและความดันภายในที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคพลาสมาร้อนภายในดาวฤกษ์และความดันของการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นในส่วนลึกของมัน หมายความว่าดาวฤกษ์นั้นเป็นลูกบอลแก๊สซึ่งมีอุณหภูมิสูงอยู่ตรงกลางดาวฤกษ์และค่อยๆ ลดลงไปทางขอบนอก โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากสมการพบว่าอุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 5,500 องศา (ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับข้อมูลการวัดทางดาราศาสตร์) และตรงกลางควรอยู่ที่ประมาณ 10 ล้านองศา สิ่งนี้ทำให้เอ็ดดิงตันสามารถสรุปเชิงพยากรณ์ได้: ที่อุณหภูมินี้ ปฏิกิริยาแสนสาหัสจะ "จุดชนวน" ซึ่งเพียงพอที่จะรับประกันแสงของดวงอาทิตย์ นักฟิสิกส์ปรมาณูในยุคนั้นไม่เห็นด้วยกับเรื่องนี้ สำหรับพวกเขาดูเหมือนว่าในส่วนลึกของดวงดาวจะ "เย็นเกินไป" อุณหภูมิไม่เพียงพอสำหรับปฏิกิริยา "ไป" นักทฤษฎีผู้โกรธแค้นตอบว่า: "มองหาสถานที่ที่ร้อนกว่านี้!"

และในท้ายที่สุดเขาก็พูดถูก: ปฏิกิริยาแสนสาหัสเกิดขึ้นจริงในใจกลางดาวฤกษ์ (อีกประการหนึ่งคือสิ่งที่เรียกว่า "แบบจำลองสุริยจักรวาลมาตรฐาน" ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแนวคิดเกี่ยวกับการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัสดูเหมือนจะเป็น ไม่ถูกต้อง - ดูตัวอย่าง "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 2, 3, 2000) แต่อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในใจกลางดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์จะส่องแสง และการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นทำให้ดาวฤกษ์อยู่ในสภาพคงที่ แต่ “เชื้อเพลิง” นิวเคลียร์ในดาวฤกษ์กลับไหม้หมด การปล่อยพลังงานจะหยุด การแผ่รังสีจะดับลง และแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงที่ยึดเหนี่ยวไว้จะหายไป มวลของดาวฤกษ์มีขีดจำกัด หลังจากนั้นดาวฤกษ์ก็เริ่มหดตัวอย่างถาวร การคำนวณแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากมวลของดาวฤกษ์เกินกว่า 2-3 มวลดวงอาทิตย์

การยุบตัวของแรงโน้มถ่วง

ในตอนแรก อัตราการหดตัวของดาวฤกษ์จะมีน้อย แต่อัตราการหดตัวของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แรงอัดไม่สามารถย้อนกลับได้ ไม่มีแรงใดที่สามารถต้านแรงโน้มถ่วงของตัวเองได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง ความเร็วในการเคลื่อนที่ของเปลือกดาวฤกษ์เข้าหาศูนย์กลางจะเพิ่มขึ้นจนเข้าใกล้ความเร็วแสง และที่นี่ผลกระทบของทฤษฎีสัมพัทธภาพเริ่มมีบทบาท

ความเร็วหลุดพ้นคำนวณตามแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง จากมุมมองของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปรากฏการณ์ในบริเวณใกล้ดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวเกิดขึ้นแตกต่างออกไปบ้าง ในสนามโน้มถ่วงอันทรงพลัง จะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงสีแดง ซึ่งหมายความว่าความถี่ของการแผ่รังสีที่มาจากวัตถุขนาดใหญ่จะเลื่อนไปทางความถี่ที่ต่ำกว่า ในขีดจำกัด ที่ขอบเขตของทรงกลมชวาร์สชิลด์ ความถี่การแผ่รังสีจะกลายเป็นศูนย์ นั่นคือผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ด้านนอกจะไม่สามารถค้นหาสิ่งใดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายในได้ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมทรงกลม Schwarzschild จึงถูกเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์

แต่การลดความถี่เท่ากับการชะลอเวลา และเมื่อความถี่กลายเป็นศูนย์ เวลาจะหยุดลง ซึ่งหมายความว่าผู้สังเกตการณ์ภายนอกจะเห็นภาพที่แปลกมาก เปลือกของดาวฤกษ์ที่ตกลงมาด้วยความเร่งที่เพิ่มขึ้น หยุดแทนที่จะไปถึงความเร็วแสง จากมุมมองของเขา การบีบอัดจะหยุดทันทีที่ขนาดของดาวฤกษ์เข้าใกล้แรงโน้มถ่วง
เรา เขาจะไม่มีวันเห็นอนุภาค "ดำดิ่ง" ลงไปใต้ทรงกลมชวาร์สเชียลเลยแม้แต่ครั้งเดียว แต่สำหรับผู้สังเกตการณ์สมมุติที่ตกลงไปในหลุมดำ ทุกอย่างจะจบลงในไม่กี่นาทีบนนาฬิกาข้อมือของเขา ดังนั้น เวลาการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่มีขนาดเท่าดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ 29 นาที และดาวนิวตรอนที่มีความหนาแน่นมากกว่าและมีขนาดกะทัดรัดกว่ามากจะใช้เวลาเพียง 1/20,000 วินาทีเท่านั้น และที่นี่เขาประสบปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของอวกาศ-เวลาใกล้กับหลุมดำ

ผู้สังเกตพบว่าตัวเองอยู่ในพื้นที่โค้ง เมื่ออยู่ใกล้รัศมีความโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงจะมีขนาดใหญ่อนันต์ พวกเขายืดจรวดกับนักบินอวกาศ - ผู้สังเกตการณ์ให้เป็นเส้นบาง ๆ ที่มีความยาวไม่สิ้นสุด แต่ตัวเขาเองจะไม่สังเกตเห็นสิ่งนี้: ความผิดปกติทั้งหมดของเขาจะสอดคล้องกับการบิดเบือนพิกัดกาลอวกาศ แน่นอนว่าการพิจารณาเหล่านี้อ้างอิงถึงกรณีสมมุติในอุดมคติ วัตถุที่แท้จริงใดๆ จะถูกฉีกเป็นชิ้นๆ ด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลงเป็นเวลานานก่อนจะเข้าใกล้ทรงกลมชวาร์สชิลด์

มิติของหลุมดำ

ขนาดของหลุมดำหรือถ้าให้ละเอียดกว่านั้นคือรัศมีของทรงกลมชวาร์สชิลด์นั้นแปรผันตามมวลของดาวฤกษ์ และเนื่องจากฟิสิกส์ดาราศาสตร์ไม่ได้กำหนดข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับขนาดของดาวฤกษ์ หลุมดำจึงมีขนาดใหญ่ตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น หากเกิดขึ้นระหว่างการล่มสลายของดาวฤกษ์ที่มีมวล 10 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ (หรือเนื่องจากการรวมตัวกันของดาวฤกษ์หลายแสนดวงหรือแม้แต่ดาวฤกษ์ที่ค่อนข้างเล็กหลายล้านดวง) รัศมีของมันจะอยู่ที่ประมาณ 300 ล้านกิโลเมตร สองเท่าของวงโคจรของโลก และความหนาแน่นเฉลี่ยของสสารของยักษ์ดังกล่าวก็ใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำ

เห็นได้ชัดว่านี่คือหลุมดำที่พบในใจกลางกาแลคซี ไม่ว่าในกรณีใด นักดาราศาสตร์ในปัจจุบันนับกาแลคซีได้ประมาณห้าสิบแห่ง ซึ่ง ณ ศูนย์กลางนั้น เมื่อพิจารณาจากหลักฐานทางอ้อม (ตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง) มีหลุมดำที่มีมวลประมาณหนึ่งพันล้าน (10 9) ดวงสุริยะ ดูเหมือนว่ากาแล็กซีของเราก็มีหลุมดำเป็นของตัวเองเช่นกัน มวลของมันประเมินได้ค่อนข้างแม่นยำ - 2.4 10 6 ±10% ของมวลดวงอาทิตย์

ทฤษฎีเสนอแนะว่าหลุมขนาดเล็กสีดำที่มีมวลประมาณ 10 14 กรัมและรัศมีประมาณ 10 -12 ซม. (ขนาดนิวเคลียสของอะตอม) ก็ควรเกิดขึ้นพร้อมกับซุปเปอร์ยักษ์เช่นนี้ด้วย พวกมันอาจปรากฏขึ้นในช่วงเวลาแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาลเป็นการแสดงให้เห็นถึงความไม่สอดคล้องกันอย่างมากของกาลอวกาศกับความหนาแน่นของพลังงานขนาดมหึมา ปัจจุบัน นักวิจัยได้ตระหนักถึงสภาวะที่มีอยู่ในจักรวาลในขณะนั้นจากการชนอันทรงพลัง (เครื่องเร่งความเร็วที่ใช้ลำแสงชนกัน) การทดลองที่ CERN เมื่อต้นปีนี้ได้ผลิตพลาสมาควาร์ก-กลูออน ซึ่งเป็นสสารที่มีอยู่ก่อนการเกิดขึ้นของอนุภาคมูลฐาน การวิจัยเกี่ยวกับสถานะของสสารนี้ยังคงดำเนินต่อไปที่ Brookhaven ซึ่งเป็นศูนย์เครื่องเร่งอนุภาคของอเมริกา สามารถเร่งอนุภาคให้เป็นพลังงานได้ 1.5 ถึง 2 เท่าของขนาดที่สูงกว่าเครื่องเร่งอนุภาคใน
เซิร์น. การทดลองที่กำลังจะเกิดขึ้นทำให้เกิดความกังวลอย่างมาก: ในระหว่างการดำเนินการจะมีหลุมดำขนาดเล็กเกิดขึ้นซึ่งจะทำให้อวกาศของเราโค้งงอและทำลายโลกหรือไม่

ความกลัวนี้สะท้อนอย่างแรงกล้าจนรัฐบาลสหรัฐฯ ถูกบังคับให้เรียกประชุมคณะกรรมาธิการที่เชื่อถือได้เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้นี้ คณะกรรมการที่ประกอบด้วยนักวิจัยที่มีชื่อเสียงได้สรุปว่า พลังงานของเครื่องเร่งนั้นต่ำเกินกว่าที่หลุมดำจะเกิดขึ้น (การทดลองนี้อธิบายไว้ในวารสาร Science and Life ฉบับที่ 3, 2000)

วิธีดูสิ่งที่มองไม่เห็น

หลุมดำไม่ปล่อยอะไรเลยแม้แต่แสง อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้ที่จะเห็นพวกมันหรือค้นหา "ผู้สมัคร" สำหรับบทบาทนี้ มีสามวิธีในการตรวจจับหลุมดำ

1. จำเป็นต้องติดตามการหมุนของดาวฤกษ์ในกระจุกดาวรอบจุดศูนย์ถ่วงบางแห่ง หากปรากฎว่าไม่มีอะไรในใจกลางนี้ และดูเหมือนว่าดวงดาวกำลังหมุนรอบพื้นที่ว่าง เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจ: ใน "ความว่างเปล่า" มีหลุมดำ บนพื้นฐานนี้เองที่สันนิษฐานว่ามีหลุมดำในใจกลางกาแล็กซีของเราและประเมินมวลของมัน

2. หลุมดำดูดสสารเข้าสู่ตัวเองจากอวกาศโดยรอบ ฝุ่น ก๊าซ และสสารระหว่างดวงดาวจากดาวฤกษ์ใกล้เคียงตกลงมาบนดาวฤกษ์ในลักษณะก้นหอย ก่อตัวเป็นจานสะสมมวลสาร คล้ายกับวงแหวนของดาวเสาร์ (นี่คือหุ่นไล่กาในการทดลองของ Brookhaven อย่างแน่นอน: หลุมดำขนาดเล็กที่ปรากฏในเครื่องเร่งความเร็วจะเริ่มดูดโลกเข้าสู่ตัวมันเองและกระบวนการนี้ไม่สามารถหยุดได้ด้วยแรงใด ๆ ) เมื่อเข้าใกล้ทรงกลม Schwarzschild อนุภาคจะสัมผัสได้ ความเร่งและเริ่มเปล่งแสงในช่วงเอ็กซ์เรย์ การแผ่รังสีนี้มีสเปกตรัมลักษณะเฉพาะคล้ายกับการแผ่รังสีของอนุภาคที่ได้รับการศึกษามาอย่างดีซึ่งถูกเร่งในซินโครตรอน และหากรังสีดังกล่าวมาจากบริเวณใดบริเวณหนึ่งของจักรวาล เราก็สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าจะต้องมีหลุมดำอยู่ที่นั่น

3. เมื่อหลุมดำสองหลุมรวมกัน จะเกิดการแผ่รังสีความโน้มถ่วง มีการคำนวณว่าหากมวลของแต่ละดวงมีมวลประมาณ 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ เมื่อมวลทั้งสองรวมกันภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง พลังงานเทียบเท่ากับ 1% ของมวลทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง นี่เป็นมากกว่าแสงความร้อนและพลังงานอื่น ๆ ที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมานับพันเท่าตลอดการดำรงอยู่ของมัน - ห้าพันล้านปี พวกเขาหวังว่าจะตรวจจับรังสีความโน้มถ่วงด้วยความช่วยเหลือของหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO และอื่นๆ ซึ่งขณะนี้ถูกสร้างขึ้นในอเมริกาและยุโรปโดยมีส่วนร่วมของนักวิจัยชาวรัสเซีย (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 5, 2000)

ถึงกระนั้นแม้ว่านักดาราศาสตร์จะไม่สงสัยเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำ แต่ก็ไม่มีใครกล้ายืนยันอย่างแน่ชัดว่าหนึ่งในหลุมดำนั้นตั้งอยู่ที่จุดที่กำหนดในอวกาศ จรรยาบรรณทางวิทยาศาสตร์และความซื่อสัตย์ของผู้วิจัยจำเป็นต้องมีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ตั้งไว้ ซึ่งเป็นคำถามที่ไม่ยอมให้เกิดความคลาดเคลื่อน การประมาณมวลของวัตถุที่มองไม่เห็นนั้นไม่เพียงพอที่จะวัดรัศมีของมันและแสดงว่ามันไม่เกินรัศมีชวาร์สชิลด์ และแม้แต่ในกาแล็กซีของเรา ปัญหานี้ก็ยังไม่สามารถแก้ไขได้ นั่นคือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์แสดงความยับยั้งชั่งใจในการรายงานการค้นพบของพวกเขา และวารสารทางวิทยาศาสตร์ก็เต็มไปด้วยรายงานเกี่ยวกับงานทางทฤษฎีและการสังเกตผลกระทบที่สามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับความลึกลับของพวกเขาได้

อย่างไรก็ตาม หลุมดำมีคุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งตามทฤษฎีที่คาดการณ์ไว้ ซึ่งอาจทำให้สามารถมองเห็นพวกมันได้ อย่างไรก็ตาม มีเงื่อนไขเดียวคือ มวลของหลุมดำควรน้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์มาก

หลุมดำก็สามารถเป็น “สีขาว” ได้เช่นกัน

เป็นเวลานานแล้วที่หลุมดำถือเป็นศูนย์รวมแห่งความมืด วัตถุที่อยู่ในสุญญากาศหากไม่มีการดูดกลืนสสาร จะไม่ปล่อยสิ่งใดเลย อย่างไรก็ตาม ในปี 1974 สตีเฟน ฮอว์คิง นักทฤษฎีชื่อดังชาวอังกฤษได้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำสามารถกำหนดอุณหภูมิได้ และดังนั้นจึงควรแผ่รังสีออกมา

ตามแนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัม สุญญากาศไม่ใช่ความว่างเปล่า แต่เป็น "โฟมของอวกาศ-เวลา" ซึ่งเป็นอนุภาคเสมือนจริง (ไม่สามารถสังเกตได้ในโลกของเรา) อย่างไรก็ตาม ความผันผวนของพลังงานควอนตัมสามารถ "ดีด" คู่อนุภาค-ปฏิปักษ์ออกจากสุญญากาศได้ ตัวอย่างเช่น ในการชนกันของแกมม่าควอนต้าสองหรือสามตัว อิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะปรากฏขึ้นราวกับไม่มีอะไรเลย ปรากฏการณ์นี้และปรากฏการณ์ที่คล้ายกันมีการสังเกตซ้ำแล้วซ้ำอีกในห้องปฏิบัติการ

ความผันผวนของควอนตัมเป็นตัวกำหนดกระบวนการแผ่รังสีของหลุมดำ หากเป็นอนุภาคคู่ที่มีพลังงาน อีและ -อี(พลังงานทั้งหมดของทั้งคู่เป็นศูนย์) เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับทรงกลม Schwarzschild ชะตากรรมต่อไปของอนุภาคจะแตกต่างกัน พวกเขาสามารถทำลายล้างได้เกือบจะในทันทีหรือไปใต้ขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วยกัน ในกรณีนี้สถานะของหลุมดำจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่หากมีอนุภาคเพียงอนุภาคเดียวลงไปใต้ขอบฟ้า ผู้สังเกตการณ์จะบันทึกอีกอนุภาคหนึ่ง และสำหรับเขาดูเหมือนว่ามันถูกสร้างขึ้นโดยหลุมดำ ขณะเดียวกันก็มีหลุมดำที่ดูดซับอนุภาคด้วยพลังงาน -อี,จะลดพลังงานของคุณและด้วยพลังงาน อี- จะเพิ่มขึ้น

ฮอว์คิงคำนวณความเร็วที่กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นและได้ข้อสรุป: ความน่าจะเป็นที่จะดูดซับอนุภาคด้วยพลังงานเชิงลบนั้นสูงกว่า ซึ่งหมายความว่าหลุมดำสูญเสียพลังงานและมวล - มันระเหยไป นอกจากนี้ยังแผ่รังสีออกมาเป็นวัตถุสีดำสนิทและมีอุณหภูมิ ต = 6 . 10 -8 มกับ / มเคลวินส์ ที่ไหน ม c - มวลของดวงอาทิตย์ (2.10 33 g) ม- มวลของหลุมดำ ความสัมพันธ์ง่ายๆ นี้แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของหลุมดำที่มีมวลหกเท่าของดวงอาทิตย์มีค่าเท่ากับหนึ่งร้อยล้านองศา เป็นที่ชัดเจนว่าร่างกายที่เย็นชาเช่นนี้แทบไม่ปล่อยอะไรเลย และเหตุผลข้างต้นทั้งหมดยังคงใช้ได้ รูขนาดเล็กเป็นอีกเรื่องหนึ่ง เห็นได้ง่ายว่าด้วยมวล 10 14 -10 30 กรัม พวกมันถูกให้ความร้อนถึงหมื่นองศาและร้อนขาว! อย่างไรก็ตามควรสังเกตทันทีว่าไม่มีความขัดแย้งกับคุณสมบัติของหลุมดำ: การแผ่รังสีนี้ถูกปล่อยออกมาโดยชั้นที่อยู่เหนือทรงกลมชวาร์สชิลด์ และไม่ต่ำกว่านั้น

ดังนั้นหลุมดำซึ่งดูเหมือนจะเป็นวัตถุที่เยือกแข็งชั่วนิรันดร์ไม่ช้าก็เร็วก็หายไปและระเหยไป ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเธอ "ลดน้ำหนัก" อัตราการระเหยจะเพิ่มขึ้น แต่ก็ยังใช้เวลานานมาก คาดว่าหลุมขนาดเล็กที่มีน้ำหนัก 10-14 กรัม ซึ่งปรากฏขึ้นทันทีหลังบิ๊กแบงเมื่อ 10-15 พันล้านปีก่อน น่าจะระเหยไปจนหมดตามเวลาของเรา ในช่วงสุดท้ายของชีวิต อุณหภูมิจะสูงถึงค่ามหาศาล ดังนั้นผลิตภัณฑ์จากการระเหยจะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก บางทีพวกมันอาจเป็นตัวที่ทำให้เกิดฟองอากาศอย่างกว้างขวางในชั้นบรรยากาศของโลก - EAS ไม่ว่าในกรณีใด ต้นกำเนิดของอนุภาคพลังงานสูงผิดปกติเป็นปัญหาที่สำคัญและน่าสนใจอีกปัญหาหนึ่งที่อาจเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคำถามที่น่าตื่นเต้นไม่แพ้กันในฟิสิกส์ของหลุมดำ

« นิยายวิทยาศาสตร์มีประโยชน์ - ช่วยกระตุ้นจินตนาการและบรรเทาความกลัวในอนาคต อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์อาจเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมากกว่ามาก นิยายวิทยาศาสตร์ไม่เคยจินตนาการถึงการมีอยู่ของสิ่งต่าง ๆ เช่นหลุมดำด้วยซ้ำ»
สตีเฟน ฮอว์คิง

ในส่วนลึกของจักรวาลมีความลึกลับและความลับมากมายที่ซ่อนอยู่สำหรับมนุษย์ หนึ่งในนั้นคือหลุมดำ - วัตถุที่แม้แต่จิตใจที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษยชาติก็ยังไม่สามารถเข้าใจได้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์หลายร้อยคนพยายามค้นพบธรรมชาติของหลุมดำ แต่ในขั้นตอนนี้ เรายังไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีอยู่จริงในทางปฏิบัติด้วยซ้ำ

ผู้กำกับภาพยนตร์อุทิศภาพยนตร์ของตนให้กับพวกเขาและในหมู่คนธรรมดาหลุมดำได้กลายเป็นปรากฏการณ์ลัทธิที่พวกเขาถูกระบุว่าเป็นจุดสิ้นสุดของโลกและความตายที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ พวกเขาหวาดกลัวและเกลียดชัง แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็ถูกบูชาและบูชาโดยไม่รู้ว่าเศษชิ้นส่วนประหลาดของจักรวาลเหล่านี้ซ่อนอยู่ภายในตัวมันเอง เห็นด้วย การถูกหลุมดำกลืนกินเป็นสิ่งที่โรแมนติกมาก ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา มันเป็นไปได้ และพวกเขาก็สามารถเป็นแนวทางให้เราได้เช่นกัน

สื่อสีเหลืองมักคาดเดาถึงความนิยมของหลุมดำ การค้นหาหัวข้อข่าวในหนังสือพิมพ์ที่เกี่ยวข้องกับวันสิ้นโลกเนื่องจากการชนกับหลุมดำมวลมหาศาลอีกครั้งนั้นไม่ใช่ปัญหา ที่แย่กว่านั้นคือประชากรส่วนที่ไม่รู้หนังสือให้ความสำคัญกับทุกสิ่งอย่างจริงจังและทำให้เกิดความตื่นตระหนกอย่างแท้จริง เพื่อให้เกิดความชัดเจน เราจะเดินทางไปยังจุดกำเนิดของการค้นพบหลุมดำ และพยายามทำความเข้าใจว่ามันคืออะไรและจะเข้าใกล้หลุมดำได้อย่างไร

ดาวที่มองไม่เห็น

มันเกิดขึ้นจนนักฟิสิกส์สมัยใหม่บรรยายโครงสร้างของจักรวาลของเราโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งไอน์สไตน์จัดเตรียมไว้อย่างดีต่อมนุษยชาติเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 หลุมดำยิ่งลึกลับมากขึ้น เมื่อถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งกฎฟิสิกส์ทั้งหมดที่เรารู้จัก รวมถึงทฤษฎีของไอน์สไตน์ เลิกใช้ไปแล้ว มันไม่วิเศษเหรอ? นอกจากนี้ มีการคาดเดาเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำมานานแล้วก่อนที่ไอน์สไตน์จะถือกำเนิด

ในปี พ.ศ. 2326 มีกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์เพิ่มขึ้นอย่างมากในอังกฤษ ในสมัยนั้น วิทยาศาสตร์อยู่เคียงข้างศาสนา เข้ากันได้ดี และนักวิทยาศาสตร์ไม่ถือว่าเป็นคนนอกรีตอีกต่อไป นอกจากนี้นักบวชยังมีส่วนร่วมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย หนึ่งในผู้รับใช้ของพระเจ้าคือศิษยาภิบาลชาวอังกฤษ จอห์น มิเชลล์ ซึ่งไม่เพียงสงสัยเกี่ยวกับคำถามเรื่องการดำรงอยู่เท่านั้น แต่ยังสงสัยถึงปัญหาทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย มิเชลเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีบรรดาศักดิ์มาก ในตอนแรกเขาเป็นครูสอนคณิตศาสตร์และภาษาศาสตร์โบราณในวิทยาลัยแห่งหนึ่ง และหลังจากนั้นเขาก็ได้รับการยอมรับให้เข้าสู่ Royal Society of London เพื่อค้นพบสิ่งใหม่ๆ มากมาย

John Michell ศึกษาเกี่ยวกับแผ่นดินไหววิทยา แต่ในเวลาว่างเขาชอบคิดถึงเรื่องนิรันดร์และจักรวาล นี่คือวิธีที่เขาเกิดความคิดที่ว่าบางแห่งในส่วนลึกของจักรวาลอาจมีวัตถุมวลมหาศาลที่มีแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังเช่นนั้นเพื่อที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของวัตถุดังกล่าวได้จำเป็นต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับหรือสูงกว่า ยิ่งกว่าความเร็วแสง หากเรายอมรับทฤษฎีดังกล่าวว่าเป็นจริง แม้แต่แสงก็ไม่สามารถพัฒนาความเร็วหลบหนีระดับที่สองได้ (ความเร็วที่จำเป็นในการเอาชนะแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่ออกไป) ดังนั้นวัตถุดังกล่าวจะยังคงมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

มิเชลล์เรียกทฤษฎีใหม่ของเขาว่า "ดาวมืด" และในขณะเดียวกันก็พยายามคำนวณมวลของวัตถุดังกล่าว เขาแสดงความคิดของเขาเกี่ยวกับเรื่องนี้ในจดหมายเปิดผนึกถึงราชสมาคมแห่งลอนดอน น่าเสียดายที่ในสมัยนั้นงานวิจัยดังกล่าวไม่มีคุณค่าต่อวิทยาศาสตร์มากนัก จดหมายของมิเชลจึงถูกส่งไปยังหอจดหมายเหตุ เพียงสองร้อยปีต่อมา ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบบันทึกนี้ท่ามกลางบันทึกอื่น ๆ นับพันที่จัดเก็บไว้ในห้องสมุดโบราณอย่างระมัดระวัง

หลักฐานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำ

หลังจากที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้รับการตีพิมพ์ นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ก็เริ่มแก้สมการที่นำเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคนนี้อย่างจริงจัง ซึ่งควรจะบอกเราเกี่ยวกับสิ่งใหม่ ๆ มากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ตัดสินใจทำสิ่งเดียวกันในปี 1916

นักวิทยาศาสตร์ใช้การคำนวณของเขาสรุปได้ว่าการมีอยู่ของหลุมดำนั้นเป็นไปได้ นอกจากนี้เขายังเป็นคนแรกที่บรรยายสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าวลีโรแมนติก "ขอบฟ้าเหตุการณ์" ซึ่งเป็นขอบเขตจินตนาการของอวกาศ-เวลาที่หลุมดำ หลังจากข้ามไปแล้วซึ่งมีจุดที่ไม่มีทางหวนกลับ ไม่มีอะไรจะหนีจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ แม้แต่แสง สิ่งที่เรียกว่า "ภาวะเอกฐาน" เกิดขึ้นนอกเหนือขอบเขตเหตุการณ์ โดยที่กฎฟิสิกส์ที่เรารู้จักเลิกใช้ไปแล้ว

การพัฒนาทฤษฎีของเขาและแก้สมการอย่างต่อเนื่อง Schwarzschild ค้นพบความลับใหม่ของหลุมดำสำหรับตัวเขาเองและโลก ด้วยเหตุนี้ เขาจึงสามารถคำนวณระยะทางจากจุดศูนย์กลางของหลุมดำซึ่งมีมวลรวมอยู่รวมกันไปยังขอบฟ้าเหตุการณ์ได้โดยใช้กระดาษเพียงอย่างเดียว ชวาร์สไชลด์เรียกระยะนี้ว่ารัศมีความโน้มถ่วง

แม้ว่าในทางคณิตศาสตร์แล้ววิธีแก้ปัญหาของ Schwarzschild นั้นถูกต้องอย่างยิ่งและไม่สามารถปฏิเสธได้ แต่ชุมชนวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ไม่สามารถยอมรับการค้นพบที่น่าตกใจเช่นนี้ได้ในทันทีและการมีอยู่ของหลุมดำก็ถูกตัดออกเป็นจินตนาการซึ่งปรากฏทุก ครั้งแล้วครั้งเล่าในทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในช่วงทศวรรษครึ่งถัดมา การสำรวจอวกาศเพื่อดูหลุมดำดำเนินไปอย่างช้าๆ และมีผู้ที่นับถือทฤษฎีของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในเรื่องนี้

ดวงดาวให้กำเนิดความมืด

หลังจากที่สมการของไอน์สไตน์ถูกแยกออก ก็ถึงเวลาใช้ข้อสรุปเพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างของจักรวาล โดยเฉพาะในทฤษฎีวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ไม่มีความลับว่าในโลกของเราไม่มีสิ่งใดคงอยู่ตลอดไป แม้แต่ดวงดาวก็มีวงจรชีวิตของตัวเอง แม้จะนานกว่ามนุษย์ก็ตาม

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่สนใจอย่างจริงจังเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวฤกษ์คือนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์รุ่นเยาว์ Subramanyan Chandrasekhar ซึ่งเป็นชาวอินเดีย ในปี 1930 เขาได้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์ที่บรรยายเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ ตลอดจนวงจรชีวิตของดาวฤกษ์

เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เดาเกี่ยวกับปรากฏการณ์เช่นแรงอัดแรงโน้มถ่วง (การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง) เมื่อถึงจุดหนึ่งในชีวิต ดาวดวงหนึ่งเริ่มหดตัวด้วยความเร็วมหาศาลภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ตามกฎแล้วสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์ตาย แต่ในระหว่างการล่มสลายของแรงโน้มถ่วงมีหลายวิธีในการดำรงอยู่ของลูกบอลร้อนต่อไป

ราล์ฟ ฟาวเลอร์ ที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ของจันทรเศคาร ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่น่านับถือในสมัยของเขา สันนิษฐานว่าในระหว่างการล่มสลายของแรงโน้มถ่วง ดาวฤกษ์ใดๆ จะกลายเป็นดาวแคระขาวที่เล็กกว่าและร้อนกว่า แต่ปรากฎว่านักเรียน "ฝ่าฝืน" ทฤษฎีของครูซึ่งนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่แบ่งปันเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา ตามผลงานของหนุ่มอินเดียน การสวรรคตของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับมวลเริ่มต้นของมัน ตัวอย่างเช่น เฉพาะดาวฤกษ์ที่มีมวลไม่เกิน 1.44 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นที่สามารถกลายเป็นดาวแคระขาวได้ หมายเลขนี้เรียกว่าขีดจำกัดจันทรเศขาร หากมวลของดาวฤกษ์เกินขีดจำกัดนี้ ดาวฤกษ์ก็จะตายในลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ดาวฤกษ์ดังกล่าวในช่วงเวลาแห่งความตายสามารถเกิดใหม่เป็นดาวนิวตรอนดวงใหม่ได้ ซึ่งเป็นอีกหนึ่งความลึกลับของจักรวาลสมัยใหม่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพบอกเราอีกทางเลือกหนึ่งคือการบีบอัดดาวฤกษ์ให้มีค่าน้อยมาก และความสนุกก็เริ่มต้นขึ้นที่นี่

ในปี 1932 บทความปรากฏในวารสารวิทยาศาสตร์ฉบับหนึ่งซึ่งนักฟิสิกส์อัจฉริยะจากสหภาพโซเวียต Lev Landau แนะนำว่าในระหว่างการล่มสลายดาวฤกษ์มวลมหาศาลจะถูกบีบอัดให้อยู่ในจุดที่มีรัศมีไม่สิ้นสุดและมวลไม่สิ้นสุด แม้ว่าเหตุการณ์ดังกล่าวจะจินตนาการได้ยากมากจากมุมมองของบุคคลที่ไม่ได้เตรียมตัวไว้ แต่ Landau ก็อยู่ไม่ไกลจากความจริง นักฟิสิกส์ยังเสนอว่า ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ แรงโน้มถ่วง ณ จุดดังกล่าวจะยิ่งใหญ่มากจนเริ่มบิดเบือนกาล-อวกาศ

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชอบทฤษฎีของ Landau และพวกเขาก็พัฒนาทฤษฎีนี้ต่อไป ในปี 1939 ในอเมริกา ต้องขอบคุณความพยายามของนักฟิสิกส์สองคน - Robert Oppenheimer และ Hartland Snyder - มีทฤษฎีที่อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับดาวฤกษ์มวลมหาศาลในช่วงเวลาของการล่มสลาย จากเหตุการณ์ดังกล่าวน่าจะมีหลุมดำจริงปรากฏขึ้น แม้จะมีข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อถือ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงปฏิเสธความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของวัตถุดังกล่าวตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของดวงดาวให้เป็นพวกมัน แม้แต่ไอน์สไตน์ก็ตีตัวเหินห่างจากแนวคิดนี้ โดยเชื่อว่าดาวดวงหนึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงปรากฏการณ์ดังกล่าวได้ นักฟิสิกส์คนอื่น ๆ ไม่ได้อ่านถ้อยแถลงของตนโดยเรียกความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ดังกล่าวว่าไร้สาระ
อย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์มักจะเข้าถึงความจริงได้เสมอ คุณเพียงแค่ต้องรอเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และมันก็เกิดขึ้น

วัตถุที่สว่างที่สุดในจักรวาล

โลกของเราคือกลุ่มของความขัดแย้ง บางครั้งสิ่งต่าง ๆ อยู่ร่วมกันในนั้น การอยู่ร่วมกันซึ่งท้าทายตรรกะใด ๆ ตัวอย่างเช่น คำว่า "หลุมดำ" จะไม่เกี่ยวข้องกับคนปกติกับสำนวน "สว่างอย่างเหลือเชื่อ" แต่การค้นพบในช่วงต้นทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมาทำให้นักวิทยาศาสตร์พิจารณาว่าคำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง

ด้วยความช่วยเหลือของกล้องโทรทรรศน์ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สามารถค้นพบวัตถุที่ไม่รู้จักมาจนบัดนี้ในท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวซึ่งมีพฤติกรรมแปลกมากแม้ว่าพวกมันจะดูเหมือนดาวธรรมดาก็ตาม ในขณะที่ศึกษาผู้ทรงคุณวุฒิที่แปลกประหลาดเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Martin Schmidt ได้ดึงความสนใจไปที่สเปกโตรกราฟีของพวกมัน ซึ่งข้อมูลดังกล่าวแสดงผลลัพธ์ที่แตกต่างจากการสแกนดาวดวงอื่น พูดง่ายๆ ก็คือดาวเหล่านี้ไม่เหมือนดวงอื่นๆ ที่เราคุ้นเคย

ทันใดนั้น Schmidt ก็สว่างขึ้น และเขาสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมในช่วงสีแดง ปรากฎว่าวัตถุเหล่านี้อยู่ห่างจากเรามากกว่าดวงดาวที่เราคุ้นเคยบนท้องฟ้ามาก ตัวอย่างเช่น วัตถุที่ชามิดต์สำรวจนั้นอยู่ห่างจากโลกของเราสองพันห้าพันล้านปีแสง แต่ส่องสว่างราวกับดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยปีแสง ปรากฎว่าแสงจากวัตถุดังกล่าวเทียบได้กับความสว่างของกาแลคซีทั้งหมด การค้นพบครั้งนี้เป็นความก้าวหน้าอย่างแท้จริงในด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์เรียกวัตถุเหล่านี้ว่า "เสมือนดวงดาว" หรือเรียกง่ายๆ ว่า "ควอซาร์"

Martin Schmidt ยังคงศึกษาวัตถุใหม่ๆ ต่อไป และพบว่าแสงจ้าดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้จากเหตุผลเดียวเท่านั้น นั่นก็คือการสะสมเพิ่มขึ้น การสะสมเป็นกระบวนการดูดซับสสารโดยรอบโดยวัตถุมวลมหาศาลโดยใช้แรงโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าที่ใจกลางควาซาร์มีหลุมดำขนาดใหญ่ซึ่งมีพลังอันเหลือเชื่อดึงดูดสสารที่อยู่รอบ ๆ มันในอวกาศ เมื่อสสารถูกดูดซับโดยหลุม อนุภาคจะเร่งความเร็วมหาศาลและเริ่มเรืองแสง โดมเรืองแสงชนิดหนึ่งที่อยู่รอบหลุมดำเรียกว่าจานสะสมมวลสาร การแสดงภาพแสดงให้เห็นอย่างดีในภาพยนตร์ Interstellar ของคริสโตเฟอร์ โนแลน ซึ่งก่อให้เกิดคำถามมากมาย: “หลุมดำเรืองแสงได้อย่างไร”

จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบควาซาร์หลายพันแห่งบนท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวแล้ว วัตถุแปลกและสว่างอย่างไม่น่าเชื่อเหล่านี้เรียกว่าบีคอนแห่งจักรวาล พวกมันช่วยให้เราจินตนาการถึงโครงสร้างของจักรวาลได้ดีขึ้นเล็กน้อยและเข้าใกล้ช่วงเวลาที่ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้น

แม้ว่านักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จะได้รับหลักฐานทางอ้อมเกี่ยวกับการมีอยู่ของวัตถุมวลมหาศาลที่มองไม่เห็นในจักรวาลเป็นเวลาหลายปี แต่คำว่า "หลุมดำ" ก็ไม่มีอยู่จนกระทั่งปี 1967 เพื่อหลีกเลี่ยงชื่อที่ซับซ้อน นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน จอห์น อาร์ชิบัลด์ วีลเลอร์ เสนอให้เรียกวัตถุดังกล่าวว่า "หลุมดำ" ทำไมไม่? มีสีดำบ้างเพราะเราไม่สามารถมองเห็นได้ นอกจากนี้พวกมันยังดึงดูดทุกสิ่ง คุณสามารถตกลงไปในนั้นได้เหมือนกับลงหลุมจริง ๆ และตามกฎฟิสิกส์สมัยใหม่ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะออกไปจากสถานที่ดังกล่าว อย่างไรก็ตาม Stephen Hawking อ้างว่าเมื่อเดินทางผ่านหลุมดำ คุณสามารถไปยังจักรวาลอื่น หรืออีกโลกหนึ่งได้ และนี่คือความหวัง

กลัวอินฟินิตี้

เนื่องจากความลึกลับและความโรแมนติกของหลุมดำมากเกินไป วัตถุเหล่านี้จึงกลายเป็นเรื่องราวสยองขวัญอย่างแท้จริงในหมู่ผู้คน หนังสือพิมพ์แท็บลอยด์ชอบคาดเดาเกี่ยวกับการไม่รู้หนังสือของประชากร เผยแพร่เรื่องราวที่น่าทึ่งเกี่ยวกับการที่หลุมดำขนาดใหญ่เคลื่อนที่มายังโลกของเรา ซึ่งจะกลืนกินระบบสุริยะภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง หรือเพียงแค่ปล่อยคลื่นก๊าซพิษมายังโลกของเรา .

หัวข้อการทำลายโลกด้วยความช่วยเหลือของ Large Hadron Collider ซึ่งสร้างขึ้นในยุโรปในปี 2549 บนอาณาเขตของสภาวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ได้รับความนิยมเป็นพิเศษ คลื่นแห่งความตื่นตระหนกเริ่มต้นจากเรื่องตลกโง่ๆ ของใครบางคน แต่กลับขยายใหญ่ขึ้นราวกับก้อนหิมะ มีคนเริ่มมีข่าวลือว่าหลุมดำอาจก่อตัวขึ้นในตัวเร่งอนุภาคของเครื่องชนกัน ซึ่งจะกลืนกินโลกของเราไปจนหมด แน่นอนว่าผู้คนที่ขุ่นเคืองเริ่มเรียกร้องให้ห้ามการทดลองที่ LHC โดยกลัวผลลัพธ์ของเหตุการณ์นี้ ศาลยุโรปเริ่มได้รับการฟ้องร้องโดยเรียกร้องให้ปิด Collider และนักวิทยาศาสตร์ที่สร้างมันขึ้นมาจะถูกลงโทษตามขอบเขตสูงสุดของกฎหมาย

ในความเป็นจริง นักฟิสิกส์ไม่ปฏิเสธว่าเมื่ออนุภาคชนกันใน Large Hadron Collider วัตถุที่มีคุณสมบัติคล้ายกับหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้ แต่ขนาดของพวกมันอยู่ที่ระดับขนาดของอนุภาคมูลฐาน และมี "รู" ดังกล่าวอยู่สำหรับ ในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่เราไม่สามารถบันทึกเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้

หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญหลักที่พยายามขจัดคลื่นแห่งความไม่รู้ต่อหน้าผู้คนคือ Stephen Hawking นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มีชื่อเสียงซึ่งยิ่งกว่านั้นยังถือเป็น "กูรู" ตัวจริงเกี่ยวกับหลุมดำอีกด้วย ฮอว์คิงพิสูจน์ว่าหลุมดำไม่ได้ดูดซับแสงที่ปรากฏในจานสะสมมวลสารเสมอไป และบางส่วนก็กระจัดกระจายไปในอวกาศ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่ารังสีฮอว์คิง หรือการระเหยของหลุมดำ ฮอว์คิงยังได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของหลุมดำกับอัตราการ “ระเหย” ของมัน ยิ่งมีขนาดเล็กลงก็ยิ่งมีเวลาน้อยลงเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าฝ่ายตรงข้ามทั้งหมดของ Large Hadron Collider ไม่ต้องกังวล: หลุมดำในนั้นจะไม่สามารถอยู่รอดได้แม้แต่หนึ่งในล้านวินาที

ทฤษฎีไม่ได้รับการพิสูจน์ในทางปฏิบัติ

น่าเสียดายที่เทคโนโลยีของมนุษย์ในขั้นตอนการพัฒนานี้ไม่อนุญาตให้เราทดสอบทฤษฎีส่วนใหญ่ที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ พัฒนาขึ้น ประการหนึ่ง การมีอยู่ของหลุมดำได้รับการพิสูจน์อย่างน่าเชื่อบนกระดาษและอนุมานได้โดยใช้สูตรที่ทุกอย่างเหมาะสมกับตัวแปรแต่ละตัว ในทางกลับกัน ในทางปฏิบัติเรายังไม่สามารถเห็นหลุมดำจริงๆ ด้วยตาของเราเองได้

แม้จะมีความขัดแย้งกันทั้งหมด นักฟิสิกส์แนะนำว่าในใจกลางกาแลคซีแต่ละแห่งมีหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งรวบรวมดาวฤกษ์เป็นกระจุกด้วยแรงโน้มถ่วงและบังคับให้พวกมันเดินทางรอบจักรวาลในกลุ่มขนาดใหญ่และเป็นมิตร ตามการประมาณการต่างๆ ในกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา มีดาวฤกษ์ประมาณ 200 ถึง 400 พันล้านดวง ดาวเหล่านี้โคจรรอบบางสิ่งที่มีมวลมหาศาล ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่สามารถมองเห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ เป็นไปได้มากว่าจะเป็นหลุมดำ เราควรกลัวเธอมั้ย? – ไม่ อย่างน้อยก็ไม่ใช่ในอีกไม่กี่พันล้านปีข้างหน้า แต่เราสามารถสร้างภาพยนตร์ที่น่าสนใจเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้อีกเรื่องหนึ่ง

เนื่องจากความสนใจในการสร้างภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมเกี่ยวกับการสำรวจอวกาศมีเพิ่มขึ้นค่อนข้างเมื่อเร็วๆ นี้ ผู้ชมยุคใหม่จึงเคยได้ยินเกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น เอกภาวะหรือหลุมดำมามากมาย อย่างไรก็ตาม เห็นได้ชัดว่าภาพยนตร์ไม่ได้เปิดเผยธรรมชาติที่สมบูรณ์ของปรากฏการณ์เหล่านี้ และบางครั้งก็บิดเบือนทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่สร้างขึ้นเพื่อให้เกิดผลมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ความเข้าใจของคนสมัยใหม่จำนวนมากเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้จึงเป็นเพียงผิวเผินหรือผิดพลาดโดยสิ้นเชิง วิธีแก้ปัญหาอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นคือบทความนี้ซึ่งเราจะพยายามทำความเข้าใจผลการวิจัยที่มีอยู่และตอบคำถาม - หลุมดำคืออะไร?

ในปี พ.ศ. 2327 นักบวชชาวอังกฤษและนักธรรมชาติวิทยา จอห์น มิเชล กล่าวถึงวัตถุขนาดใหญ่ในสมมุติฐานในจดหมายถึงราชสมาคมเป็นครั้งแรกซึ่งมีแรงดึงดูดโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งจนความเร็วหลบหนีที่สองจะเกินความเร็วแสง ความเร็วหลบหนีที่สองคือความเร็วที่วัตถุที่มีขนาดค่อนข้างเล็กจะต้องเอาชนะแรงโน้มถ่วงของเทห์ฟากฟ้าและไปไกลกว่าวงโคจรปิดรอบวัตถุนี้ จากการคำนวณของเขา วัตถุที่มีความหนาแน่นของดวงอาทิตย์และมีรัศมี 500 รัศมีสุริยะจะมีความเร็วจักรวาลที่สองบนพื้นผิวเท่ากับความเร็วแสง ในกรณีนี้ แม้แต่แสงก็จะไม่ออกไปจากพื้นผิวของวัตถุดังกล่าว ดังนั้นวัตถุนี้จะดูดซับเฉพาะแสงที่เข้ามาเท่านั้นและจะยังคงมองไม่เห็นแก่ผู้สังเกต ซึ่งเป็นจุดดำชนิดหนึ่งที่ตัดกับพื้นหลังของพื้นที่มืด

อย่างไรก็ตาม แนวคิดของมิเชลเกี่ยวกับวัตถุมวลมหาศาลไม่ได้ดึงดูดความสนใจมากนักจนกระทั่งผลงานของไอน์สไตน์ ให้เราระลึกว่าอย่างหลังกำหนดความเร็วแสงเป็นความเร็วสูงสุดของการถ่ายโอนข้อมูล นอกจากนี้ ไอน์สไตน์ยังได้ขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงให้มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง () ด้วยเหตุนี้ การประยุกต์ใช้ทฤษฎีนิวตันกับหลุมดำจึงไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไป

สมการของไอน์สไตน์

จากการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับหลุมดำและการแก้สมการของไอน์สไตน์ ตัวแปรหลักของหลุมดำจึงถูกระบุ ซึ่งมีเพียง 3 ตัวเท่านั้น ได้แก่ มวล ประจุไฟฟ้า และโมเมนตัมเชิงมุม เป็นที่น่าสังเกตว่ามีคุณูปการที่สำคัญของ Subramanian Chandrasekhar นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอินเดีย ผู้สร้างเอกสารพื้นฐาน: “ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของหลุมดำ”

ดังนั้น การแก้สมการของไอน์สไตน์จึงนำเสนอเป็นสี่ตัวเลือกสำหรับหลุมดำที่เป็นไปได้สี่ประเภท:

• BH ไม่มีการหมุนและไม่มีค่าใช้จ่าย – โซลูชัน Schwarzschild คำอธิบายแรกๆ ของหลุมดำ (พ.ศ. 2459) โดยใช้สมการของไอน์สไตน์ แต่ไม่คำนึงถึงพารามิเตอร์ 2 ใน 3 ของร่างกาย วิธีแก้ปัญหาของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ช่วยให้สามารถคำนวณสนามโน้มถ่วงภายนอกของวัตถุทรงกลมขนาดใหญ่ได้ ความผิดปกติของแนวคิดเรื่องหลุมดำของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคือการมีขอบฟ้าเหตุการณ์และซ่อนอยู่ด้านหลัง ชวาร์สไชลด์ยังเป็นคนแรกที่คำนวณรัศมีความโน้มถ่วงซึ่งได้รับชื่อของเขา ซึ่งกำหนดรัศมีของทรงกลมที่จะวางขอบฟ้าเหตุการณ์สำหรับวัตถุที่มีมวลที่กำหนด
• BH ที่ไม่มีการหมุนโดยมีประจุ – โซลูชัน Reisner-Nordström วิธีแก้ปัญหาที่หยิบยกขึ้นมาในปี พ.ศ. 2459-2461 โดยคำนึงถึงประจุไฟฟ้าที่เป็นไปได้ของหลุมดำ ประจุนี้ไม่สามารถมีขนาดใหญ่ได้ตามอำเภอใจและถูกจำกัดเนื่องจากผลลัพธ์ของแรงผลักทางไฟฟ้า อย่างหลังจะต้องได้รับการชดเชยด้วยแรงดึงดูดโน้มถ่วง
• BH แบบหมุนได้และไม่มีค่าใช้จ่าย - Kerr's Solution (1963) หลุมดำที่หมุนรอบตัวของเคอร์แตกต่างจากหลุมคงที่ตรงที่มีสิ่งที่เรียกว่าเออร์โกสเฟียร์ (อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งนี้และส่วนประกอบอื่นๆ ของหลุมดำ)
• BH พร้อมการหมุนและการประจุ - โซลูชันของ Kerr-Newman วิธีแก้ปัญหานี้คำนวณในปี 1965 และปัจจุบันสมบูรณ์แบบที่สุด เนื่องจากคำนึงถึงพารามิเตอร์ทั้งสามของหลุมดำด้วย อย่างไรก็ตาม ยังคงสันนิษฐานว่าโดยธรรมชาติแล้วหลุมดำมีประจุที่ไม่มีนัยสำคัญ

การก่อตัวของหลุมดำ

มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการก่อตัวและปรากฏของหลุมดำ ทฤษฎีที่มีชื่อเสียงที่สุดคือมันเกิดขึ้นเนื่องจากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่มีมวลเพียงพอ การอัดดังกล่าวสามารถยุติวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ได้ เมื่อปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เสร็จสิ้นภายในดาวฤกษ์ดังกล่าว พวกมันจะเริ่มอัดตัวอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นความหนาแน่นยิ่งยวด หากแรงดันก๊าซของดาวนิวตรอนไม่สามารถชดเชยแรงโน้มถ่วงได้ นั่นก็คือมวลของดาวฤกษ์จะมีมวลมากกว่าสิ่งที่เรียกว่า ออพเพนไฮเมอร์-โวลคอฟจำกัด จากนั้นการยุบตัวก็ดำเนินต่อไป ส่งผลให้สสารถูกบีบอัดจนกลายเป็นหลุมดำ

สถานการณ์ที่สองที่อธิบายการกำเนิดของหลุมดำคือการอัดของก๊าซก่อกำเนิดกาแลคซี ซึ่งก็คือก๊าซระหว่างดวงดาวในขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงเป็นกาแลคซีหรือกระจุกดาวบางประเภท หากมีแรงกดดันภายในไม่เพียงพอที่จะชดเชยแรงโน้มถ่วงที่เท่ากัน หลุมดำก็อาจเกิดขึ้นได้

อีกสองสถานการณ์ยังคงเป็นสมมุติ:

• การเกิดหลุมดำอันเป็นผลมาจากสิ่งที่เรียกว่า หลุมดำดึกดำบรรพ์
• เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นที่พลังงานสูง ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการทดลองที่เครื่องชน

โครงสร้างและฟิสิกส์ของหลุมดำ

โครงสร้างของหลุมดำตาม Schwarzschild มีเพียงสององค์ประกอบที่ถูกกล่าวถึงข้างต้น: ภาวะเอกฐานและขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ เมื่อพูดถึงภาวะเอกฐานโดยสังเขป เราสามารถสังเกตได้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลากเส้นตรงผ่านมัน และทฤษฎีทางกายภาพที่มีอยู่ส่วนใหญ่ก็ใช้ไม่ได้ผลเช่นเดียวกัน ดังนั้นฟิสิกส์ของเอกภาวะจึงยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน หลุมดำเป็นขอบเขตที่แน่นอน การข้ามซึ่งวัตถุทางกายภาพจะสูญเสียโอกาสที่จะกลับมาเกินขีดจำกัดของมัน และจะ "ตกลง" เข้าสู่ภาวะเอกภาวะของหลุมดำอย่างแน่นอน

โครงสร้างของหลุมดำค่อนข้างซับซ้อนกว่าในกรณีของสารละลายเคอร์ กล่าวคือเมื่อมีการหมุนรอบตัวเองของหลุมดำ วิธีแก้ปัญหาของเคอร์ถือว่าหลุมนั้นมีเออร์โกสเฟียร์ เอร์โกสเฟียร์เป็นบริเวณหนึ่งที่อยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งภายในนั้นวัตถุทั้งหมดเคลื่อนที่ไปในทิศทางการหมุนของหลุมดำ บริเวณนี้ยังไม่น่าตื่นเต้นและสามารถออกไปได้ไม่เหมือนกับขอบฟ้าเหตุการณ์ เออร์โกสเฟียร์น่าจะเป็นแบบอะนาล็อกของจานสะสมมวลสาร ซึ่งแสดงถึงสสารที่หมุนรอบวัตถุขนาดใหญ่ หากหลุมดำชวาร์สไชลด์แบบคงที่แสดงเป็นทรงกลมสีดำ หลุมดำเคอร์รีเนื่องจากมีเออร์โกสเฟียร์ จึงมีรูปร่างเป็นรูปวงรีทรงรี oblate ในรูปแบบที่เรามักจะเห็นหลุมดำในภาพวาดในสมัยก่อน ภาพยนตร์หรือวิดีโอเกม

• หลุมดำมีน้ำหนักเท่าใด? – เนื้อหาทางทฤษฎีมากที่สุดเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของหลุมดำนั้นมีให้สำหรับสถานการณ์การปรากฏตัวของมันอันเป็นผลมาจากการล่มสลายของดาวฤกษ์ ในกรณีนี้ มวลสูงสุดของดาวนิวตรอนและมวลต่ำสุดของหลุมดำจะถูกกำหนดโดยขีดจำกัดของออพเพนไฮเมอร์ - วอลคอฟ ซึ่งขีดจำกัดล่างของมวลของหลุมดำคือ 2.5 - 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมดำที่หนักที่สุดที่ถูกค้นพบ (ในกาแลคซี NGC 4889) มีมวล 21 พันล้านมวลดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับหลุมดำที่เกิดขึ้นตามสมมุติฐานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่พลังงานสูง เช่น ที่เกิดขึ้นที่เครื่องชน มวลของหลุมดำควอนตัมหรืออีกนัยหนึ่งคือ "หลุมดำพลังค์" มีลำดับความสำคัญคือ 2·10−5 กรัม
• ขนาดของหลุมดำ รัศมีต่ำสุดของหลุมดำสามารถคำนวณได้จากมวลต่ำสุด (2.5 – 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) หากรัศมีความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ซึ่งก็คือบริเวณที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะอยู่ประมาณ 2.95 กม. รัศมีต่ำสุดของหลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์ 3 เท่าจะอยู่ที่ประมาณ 9 กิโลเมตร ขนาดที่ค่อนข้างเล็กไม่เหมาะกับความคิดเมื่อพูดถึงวัตถุขนาดใหญ่ที่ดึงดูดทุกสิ่งรอบตัว อย่างไรก็ตาม สำหรับหลุมดำควอนตัม รัศมีจะอยู่ที่ - 10 −35 เมตร
• ความหนาแน่นเฉลี่ยของหลุมดำขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์สองตัว ได้แก่ มวลและรัศมี ความหนาแน่นของหลุมดำที่มีมวลประมาณ 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์คือประมาณ 6 10 26 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ในขณะที่ความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ 1,000 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ไม่พบหลุมดำขนาดเล็กเช่นนี้ หลุมดำที่ตรวจพบส่วนใหญ่มีมวลมากกว่า 10 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มีรูปแบบที่น่าสนใจคือ ยิ่งหลุมดำมีมวลมากเท่าใด ความหนาแน่นก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงมวล 11 ลำดับความสำคัญ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น 22 ลำดับความสำคัญ ดังนั้น หลุมดำที่มีมวล 1·10 9 มวลดวงอาทิตย์จึงมีความหนาแน่น 18.5 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของทองคำหนึ่งเท่า และหลุมดำที่มีมวลมากกว่า 10 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์สามารถมีความหนาแน่นเฉลี่ยน้อยกว่าอากาศได้ จากการคำนวณเหล่านี้ มีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าการก่อตัวของหลุมดำไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากการอัดสสาร แต่เป็นผลมาจากการสะสมของสสารจำนวนมากในปริมาตรหนึ่ง ในกรณีของหลุมดำควอนตัม ความหนาแน่นของพวกมันจะอยู่ที่ประมาณ 10,94 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร
• อุณหภูมิของหลุมดำยังขึ้นอยู่กับมวลของมันผกผันด้วย อุณหภูมินี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับ สเปกตรัมของรังสีนี้เกิดขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมของวัตถุสีดำสนิท นั่นคือวัตถุที่ดูดซับรังสีที่ตกกระทบทั้งหมด สเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมันเท่านั้น จากนั้นจึงสามารถกำหนดอุณหภูมิของหลุมดำได้จากสเปกตรัมรังสีฮอว์กิง ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การแผ่รังสีนี้จะมีพลังมากกว่าหลุมดำที่มีขนาดเล็กลง ในขณะเดียวกัน รังสีฮอว์กิงยังคงเป็นสมมุติฐาน เนื่องจากนักดาราศาสตร์ยังไม่ได้สังเกตการณ์ ต่อจากนี้ไปว่าหากมีรังสีฮอว์คิงอยู่ อุณหภูมิของหลุมดำที่สังเกตได้ก็จะต่ำมากจนไม่สามารถตรวจพบรังสีนี้ได้ จากการคำนวณ แม้แต่อุณหภูมิของหลุมที่มีมวลเรียงตามมวลดวงอาทิตย์ก็ยังน้อยมาก (1·10 -7 K หรือ -272°C) อุณหภูมิของหลุมดำควอนตัมสามารถสูงถึงประมาณ 10 12 K และด้วยการระเหยอย่างรวดเร็ว (ประมาณ 1.5 นาที) หลุมดำดังกล่าวสามารถปล่อยพลังงานของระเบิดปรมาณูประมาณสิบล้านลูก แต่โชคดีที่การสร้างวัตถุสมมุติดังกล่าวจะต้องใช้พลังงานมากกว่าที่เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ในปัจจุบันถึง 10 ถึง 14 เท่า นอกจากนี้นักดาราศาสตร์ไม่เคยสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าวมาก่อน

หลุมดำประกอบด้วยอะไร?

คำถามอีกข้อหนึ่งทำให้ทั้งนักวิทยาศาสตร์และผู้ที่สนใจเรื่องดาราศาสตร์ฟิสิกส์กังวล - หลุมดำประกอบด้วยอะไร? ไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามนี้ เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะมองข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ที่อยู่รอบๆ หลุมดำใดๆ นอกจากนี้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แบบจำลองทางทฤษฎีของหลุมดำมีส่วนประกอบเพียง 3 ส่วนเท่านั้น ได้แก่ เอโกสเฟียร์ ขอบฟ้าเหตุการณ์ และเอกภาวะ มีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าในเออร์โกสเฟียร์มีเพียงวัตถุเหล่านั้นที่ถูกหลุมดำดึงดูดและตอนนี้หมุนรอบมัน - วัตถุจักรวาลและก๊าซจักรวาลประเภทต่างๆ ขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นเพียงขอบเขตโดยนัยบางๆ ซึ่งเกินกว่านั้นวัตถุในจักรวาลเดียวกันจะถูกดึงดูดอย่างไม่อาจเพิกถอนไปยังองค์ประกอบหลักสุดท้ายของหลุมดำ นั่นก็คือเอกภาวะ ยังไม่มีการศึกษาธรรมชาติของภาวะเอกฐานในปัจจุบัน และยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงองค์ประกอบของมัน

ตามสมมติฐานบางประการ หลุมดำอาจประกอบด้วยนิวตรอน หากเราติดตามสถานการณ์การเกิดหลุมดำอันเป็นผลมาจากการอัดดาวฤกษ์ไปยังดาวนิวตรอนด้วยการอัดที่ตามมา ดังนั้นส่วนหลักของหลุมดำอาจประกอบด้วยนิวตรอนซึ่งดาวนิวตรอนนั้นประกอบด้วยตัวมันเอง . กล่าวง่ายๆ ก็คือ เมื่อดาวฤกษ์ยุบตัว อะตอมของดาวฤกษ์จะถูกบีบอัดในลักษณะที่อิเล็กตรอนรวมตัวกับโปรตอน จึงเกิดเป็นนิวตรอน ปฏิกิริยาที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นจริงในธรรมชาติ และเมื่อมีการก่อตัวของนิวตรอน รังสีนิวตริโนก็เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงสมมติฐานเท่านั้น

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณตกลงไปในหลุมดำ?

การตกลงไปในหลุมดำทางดาราศาสตร์ทำให้ร่างกายยืดตัว ลองนึกถึงนักบินอวกาศฆ่าตัวตายสมมุติที่มุ่งหน้าไปยังหลุมดำโดยสวมชุดอวกาศเพียงอย่างเดียว โดยให้เท้าไปก่อน เมื่อข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ นักบินอวกาศจะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ แม้ว่าเขาจะไม่มีโอกาสกลับมาอีกต่อไปก็ตาม เมื่อถึงจุดหนึ่ง นักบินอวกาศจะไปถึงจุด (หลังขอบฟ้าเหตุการณ์เล็กน้อย) ซึ่งจะเริ่มเกิดการเสียรูปของร่างกาย เนื่องจากสนามโน้มถ่วงของหลุมดำไม่สม่ำเสมอและมีแรงไล่ระดับเพิ่มขึ้นเข้าหาศูนย์กลาง ขาของนักบินอวกาศจึงได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงมากกว่าศีรษะอย่างเห็นได้ชัด จากนั้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงหรือแรงขึ้นน้ำลง ขาจึง "ล้ม" เร็วขึ้น ดังนั้นร่างกายจึงเริ่มยาวขึ้นเรื่อยๆ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จึงใช้คำที่ค่อนข้างสร้างสรรค์ - สปาเก็ตติฟิเคชัน การยืดตัวของร่างกายออกไปอีกอาจจะสลายตัวออกเป็นอะตอม ซึ่งไม่ช้าก็เร็วก็จะถึงภาวะเอกภาวะ เราเดาได้แค่ว่าบุคคลจะรู้สึกอย่างไรในสถานการณ์นี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าผลของการยืดวัตถุนั้นแปรผกผันกับมวลของหลุมดำ กล่าวคือ หากหลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์สามดวงยืดหรือฉีกวัตถุออกไปในทันที หลุมดำมวลมหาศาลนี้จะมีแรงน้ำขึ้นน้ำลงต่ำกว่า และมีข้อเสนอแนะว่าวัสดุทางกายภาพบางชนิดสามารถ "ทนต่อ" การเสียรูปดังกล่าวได้โดยไม่สูญเสียโครงสร้างของมัน

ดังที่คุณทราบ เวลาจะไหลช้าลงเมื่ออยู่ใกล้วัตถุขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าเวลาสำหรับนักบินอวกาศมือระเบิดฆ่าตัวตายจะไหลช้ากว่ามนุษย์โลกมาก ในกรณีนี้ บางทีเขาอาจจะมีอายุยืนยาวไม่เพียงแต่เพื่อนของเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลกด้วย ในการพิจารณาว่านักบินอวกาศจะชะลอเวลาลงเท่าใดจะต้องคำนวณ แต่จากที่กล่าวมาข้างต้นสามารถสันนิษฐานได้ว่านักบินอวกาศจะตกลงไปในหลุมดำอย่างช้าๆและบางทีอาจจะไม่ได้มีชีวิตอยู่เพื่อดูช่วงเวลาที่เขา ร่างกายเริ่มเสียรูป

เป็นที่น่าสังเกตว่าสำหรับผู้สังเกตการณ์จากภายนอก วัตถุทั้งหมดที่บินขึ้นไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์จะยังคงอยู่ที่ขอบขอบฟ้านี้จนกว่าภาพจะหายไป สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือการเคลื่อนตัวไปทางสีแดงของแรงโน้มถ่วง เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น เราสามารถพูดได้ว่าแสงที่ตกบนร่างของนักบินอวกาศฆ่าตัวตาย "แช่แข็ง" ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะเปลี่ยนความถี่เนื่องจากเวลาที่ช้าลง เมื่อเวลาผ่านไปช้าลง ความถี่ของแสงจะลดลงและความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้น จากปรากฏการณ์นี้ ที่เอาท์พุต นั่นคือ สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก แสงจะค่อยๆ เลื่อนไปทางความถี่ต่ำ - สีแดง การเปลี่ยนแปลงของแสงตามสเปกตรัมจะเกิดขึ้น ในขณะที่นักบินอวกาศฆ่าตัวตายเคลื่อนตัวออกห่างจากผู้สังเกตการณ์มากขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าจะแทบจะมองไม่เห็นก็ตาม และเวลาของเขาก็ดำเนินไปอย่างช้าๆ มากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นแสงที่สะท้อนจากร่างกายของเขาจะไปเกินสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในไม่ช้า (ภาพจะหายไป) และในอนาคตร่างกายของนักบินอวกาศสามารถตรวจพบได้เฉพาะในบริเวณที่มีรังสีอินฟราเรดเท่านั้น หลังจากนั้นจะเป็นความถี่วิทยุ และผลที่ตามมาคือ รังสีจะเข้าใจยากอย่างสมบูรณ์

แม้จะกล่าวข้างต้น สันนิษฐานว่าในหลุมดำมวลมหาศาลขนาดใหญ่มาก แรงขึ้นน้ำลงไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตามระยะทางและกระทำเกือบจะสม่ำเสมอบนวัตถุที่ตกลงมา ในกรณีนี้ ยานอวกาศที่ตกลงมาจะยังคงโครงสร้างของมันไว้ คำถามที่สมเหตุสมผลเกิดขึ้น: หลุมดำนำไปสู่ที่ไหน? คำถามนี้สามารถตอบได้ด้วยผลงานของนักวิทยาศาสตร์บางคน ซึ่งเชื่อมโยงปรากฏการณ์สองอย่าง เช่น รูหนอนและหลุมดำ

ย้อนกลับไปในปี 1935 Albert Einstein และ Nathan Rosen ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่ารูหนอน ซึ่งเชื่อมโยงจุดสองจุดของกาลอวกาศผ่านจุดที่มีความโค้งอย่างมีนัยสำคัญของจุดหลัง - สะพาน Einstein-Rosen หรือรูหนอน สำหรับความโค้งอันทรงพลังของอวกาศ วัตถุที่มีมวลขนาดมหึมาเป็นสิ่งจำเป็น ซึ่งหลุมดำจะเติมเต็มบทบาทของหลุมดำได้อย่างสมบูรณ์แบบ

สะพานไอน์สไตน์-โรเซนถือเป็นรูหนอนที่ไม่สามารถผ่านได้ เนื่องจากมีขนาดเล็กและไม่มั่นคง

รูหนอนที่เคลื่อนที่ได้นั้นเป็นไปได้ภายใต้กรอบของทฤษฎีหลุมดำและหลุมขาว โดยที่หลุมขาวคือเอาต์พุตของข้อมูลที่ติดอยู่ในหลุมดำ หลุมขาวอธิบายไว้ในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ปัจจุบันยังคงเป็นเรื่องสมมุติและยังไม่มีการค้นพบ แบบจำลองรูหนอนอีกแบบหนึ่งเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Kip Thorne และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขา Mike Morris ซึ่งสามารถผ่านได้ อย่างไรก็ตาม ทั้งในกรณีของรูหนอนมอร์ริส-ธอร์นและในกรณีของหลุมดำและขาว ความเป็นไปได้ของการเดินทางจำเป็นต้องมีสิ่งที่เรียกว่าสสารแปลกปลอมซึ่งมีพลังงานเชิงลบและยังคงเป็นสมมุติฐาน

หลุมดำในจักรวาล

การมีอยู่ของหลุมดำได้รับการยืนยันค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ (กันยายน 2558) แต่ก่อนหน้านั้น มีเนื้อหาทางทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำอยู่แล้ว เช่นเดียวกับวัตถุที่เข้าข่ายเป็นหลุมดำอีกมากมาย ก่อนอื่น คุณควรคำนึงถึงขนาดของหลุมดำ เนื่องจากธรรมชาติของปรากฏการณ์นั้นขึ้นอยู่กับพวกมัน:

• หลุมดำมวลดาวฤกษ์- วัตถุดังกล่าวเกิดขึ้นจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น มวลขั้นต่ำของร่างกายที่สามารถก่อตัวหลุมดำได้คือ 2.5 - 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
• หลุมดำมวลปานกลาง- หลุมดำกลางแบบมีเงื่อนไขที่เติบโตขึ้นเนื่องจากการดูดกลืนวัตถุใกล้เคียง เช่น กระจุกก๊าซ ดาวฤกษ์ข้างเคียง (ในระบบดาวสองดวง) และวัตถุอื่นๆ ในจักรวาล
• หลุมดำมวลมหาศาล- วัตถุขนาดกะทัดรัดที่มีมวล 10 5 -10 10 เท่าของดวงอาทิตย์ คุณสมบัติที่โดดเด่นของหลุมดำดังกล่าวคือความหนาแน่นต่ำจนขัดแย้งกัน รวมถึงแรงขึ้นน้ำลงที่อ่อนแรงดังที่กล่าวไว้ข้างต้น นี่คือหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา (ราศีธนู A*, Sgr A*) เช่นเดียวกับกาแลคซีอื่นๆ ส่วนใหญ่

ผู้สมัครสำหรับ ChD

หลุมดำที่ใกล้ที่สุดหรืออาจเป็นหลุมดำแทนคือวัตถุ (V616 Monoceros) ซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 3,000 ปีแสง (ในกาแลคซีของเรา) ประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ดาวฤกษ์ที่มีมวลครึ่งหนึ่งของมวลดวงอาทิตย์ และวัตถุขนาดเล็กที่มองไม่เห็นซึ่งมีมวล 3-5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หากวัตถุนี้กลายเป็นหลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลดาวฤกษ์ มันก็จะกลายเป็นหลุมดำที่ใกล้ที่สุดอย่างถูกต้อง

ถัดจากวัตถุนี้ หลุมดำที่ใกล้ที่สุดเป็นอันดับสองคือวัตถุ Cygnus X-1 (Cyg X-1) ซึ่งเป็นตัวเลือกแรกสำหรับบทบาทของหลุมดำ ระยะทางไปประมาณ 6,070 ปีแสง มีการศึกษาค่อนข้างดี: มีมวล 14.8 มวลดวงอาทิตย์ และรัศมีขอบฟ้าเหตุการณ์ประมาณ 26 กม.

แหล่งอ้างอิงบางแห่งระบุว่าผู้สมัครที่ใกล้เคียงที่สุดสำหรับบทบาทของหลุมดำอาจเป็นวัตถุในระบบดาว V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) ซึ่งตามการประมาณการในปี 2542 นั้นตั้งอยู่ที่ระยะทาง 1,600 ปีแสง อย่างไรก็ตาม การศึกษาต่อมาได้เพิ่มระยะห่างนี้อย่างน้อย 15 เท่า

มีหลุมดำกี่หลุมในกาแล็กซีของเรา?

ไม่มีคำตอบที่แน่ชัดสำหรับคำถามนี้ เนื่องจากการสังเกตพวกมันค่อนข้างยาก และตลอดระยะเวลาที่ศึกษาท้องฟ้า นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบหลุมดำประมาณสิบโหลภายในทางช้างเผือกได้ เราสังเกตว่ามีดาวประมาณ 100–400 พันล้านดวงในกาแลคซีของเรา และดาวฤกษ์ประมาณทุกๆ พันดวงมีมวลเพียงพอที่จะก่อตัวเป็นหลุมดำ เป็นไปได้ว่าหลุมดำหลายล้านหลุมอาจก่อตัวขึ้นระหว่างการดำรงอยู่ของทางช้างเผือก เนื่องจากตรวจพบหลุมดำขนาดมหึมาได้ง่ายกว่า จึงมีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าหลุมดำส่วนใหญ่ในกาแลคซีของเราไม่มีมวลมหาศาล เป็นที่น่าสังเกตว่าการวิจัยของ NASA ในปี 2548 ชี้ให้เห็นว่ามีหลุมดำจำนวนหนึ่ง (10,000-20,000 หลุม) ที่หมุนรอบใจกลางกาแลคซี นอกจากนี้ในปี 2559 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบดาวเทียมขนาดใหญ่ใกล้กับวัตถุ * ซึ่งเป็นหลุมดำซึ่งเป็นแกนกลางของทางช้างเผือก เนื่องจากรัศมีเล็ก (0.15 ปีแสง) ของวัตถุนี้ เช่นเดียวกับมวลมหาศาล (100,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) นักวิทยาศาสตร์จึงสันนิษฐานว่าวัตถุนี้ก็เป็นหลุมดำมวลมหาศาลเช่นกัน

แกนกลางของกาแลคซีของเรา คือหลุมดำของทางช้างเผือก (ราศีธนู A*, Sgr A* หรือราศีธนู A*) มีขนาดใหญ่ยิ่งยวดและมีมวล 4.31 10 6 มวลดวงอาทิตย์ และมีรัศมี 0.00071 ปีแสง (6.25 ชั่วโมงแสง . หรือ 6.75 พันล้านกิโลเมตร) อุณหภูมิของชาวราศีธนู A* รวมกระจุกรอบๆ อยู่ที่ประมาณ 1·10 7 K

หลุมดำที่ใหญ่ที่สุด

หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบคือหลุมดำมวลมหาศาล FSRQ blazar ในใจกลางกาแลคซี S5 0014+81 ที่ระยะห่าง 1.2 10 10 ปีแสงจากโลก จากผลการสังเกตเบื้องต้นโดยใช้หอสังเกตการณ์อวกาศสวิฟต์ มวลของหลุมดำมีมวล 40 พันล้าน (40·10 9) เท่าดวงอาทิตย์ และรัศมีชวาร์ซชิลด์ของหลุมดังกล่าวอยู่ที่ 118.35 พันล้านกิโลเมตร (0.013 ปีแสง) นอกจากนี้ ตามการคำนวณ มันเกิดขึ้นเมื่อ 12.1 พันล้านปีก่อน (1.6 พันล้านปีหลังบิ๊กแบง) หากหลุมดำขนาดยักษ์นี้ไม่ดูดซับสสารที่อยู่รอบๆ มันจะมีชีวิตอยู่จนถึงยุคของหลุมดำ - หนึ่งในยุคของการพัฒนาของจักรวาล ซึ่งเป็นช่วงที่หลุมดำจะครอบงำอยู่ในนั้น หากแกนกลางของกาแลคซี S5 0014+81 ยังคงเติบโตต่อไป มันก็จะกลายเป็นหนึ่งในหลุมดำสุดท้ายที่มีอยู่ในจักรวาล

หลุมดำอีกสองหลุมที่รู้จักแม้ว่าจะไม่มีชื่อของตัวเอง แต่ก็มีความสำคัญมากที่สุดสำหรับการศึกษาหลุมดำ เนื่องจากพวกมันยืนยันการมีอยู่ของพวกมันโดยการทดลอง และยังให้ผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับการศึกษาแรงโน้มถ่วงด้วย เรากำลังพูดถึงเหตุการณ์ GW150914 ซึ่งเป็นการชนกันของหลุมดำ 2 หลุมเป็นหนึ่งเดียว กิจกรรมนี้ทำให้สามารถลงทะเบียนได้

การตรวจจับหลุมดำ

ก่อนที่จะพิจารณาวิธีการตรวจจับหลุมดำ เราควรตอบคำถาม - ทำไมหลุมดำถึงเป็นสีดำ – คำตอบนี้ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา ความจริงก็คือหลุมดำดูดซับรังสีทั้งหมดที่ตกลงมาและไม่ปล่อยออกมาเลยหากคุณไม่คำนึงถึงสมมุติฐาน หากเราพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียดมากขึ้น เราก็สรุปได้ว่ากระบวนการที่นำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เกิดขึ้นภายในหลุมดำ จากนั้น หากหลุมดำเปล่งออกมา มันจะเปล่งออกมาในสเปกตรัมฮอว์กิง (ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมของวัตถุสีดำสนิทที่ได้รับความร้อน) อย่างไรก็ตาม ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ตรวจไม่พบรังสีนี้ ซึ่งบ่งบอกว่าอุณหภูมิของหลุมดำต่ำมาก

ทฤษฎีที่ยอมรับกันโดยทั่วไปอีกทฤษฎีหนึ่งกล่าวว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถออกไปจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้เลย เป็นไปได้มากว่าโฟตอน (อนุภาคของแสง) จะไม่ถูกดึงดูดโดยวัตถุขนาดใหญ่ เนื่องจากตามทฤษฎีแล้วพวกมันไม่มีมวล อย่างไรก็ตาม หลุมดำยังคง "ดึงดูด" โฟตอนของแสงผ่านการบิดเบือนของกาล-อวกาศ หากเราจินตนาการว่าหลุมดำในอวกาศเป็นการยุบตัวบนพื้นผิวเรียบของอวกาศ-เวลา ก็แสดงว่ามีระยะห่างจากศูนย์กลางของหลุมดำในระยะหนึ่ง ซึ่งแสงจะไม่สามารถเคลื่อนตัวออกไปได้อีกต่อไป กล่าวโดยคร่าวๆ คือ แสงเริ่ม "ตกลง" เข้าไปใน "รู" ที่ไม่มี "ก้น" ด้วยซ้ำ

นอกจากนี้ หากเราคำนึงถึงผลกระทบของการเคลื่อนไปทางสีแดงของแรงโน้มถ่วง อาจเป็นไปได้ที่แสงในหลุมดำจะสูญเสียความถี่ของมัน และเคลื่อนไปตามสเปกตรัมไปยังบริเวณของการแผ่รังสีคลื่นยาวความถี่ต่ำจนกระทั่งสูญเสียพลังงานไปโดยสิ้นเชิง

ดังนั้นหลุมดำจึงมีสีดำจึงตรวจพบได้ยากในอวกาศ

วิธีการตรวจจับ

ลองดูวิธีการที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการตรวจจับหลุมดำ:

นอกเหนือจากวิธีการที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังมักเชื่อมโยงวัตถุต่างๆ เช่น หลุมดำ และ ควาซาร์เป็นกลุ่มวัตถุและก๊าซในจักรวาลบางกลุ่ม ซึ่งเป็นหนึ่งในวัตถุทางดาราศาสตร์ที่สว่างที่สุดในจักรวาล เนื่องจากมีความเข้มของการเรืองแสงสูงในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก จึงมีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าศูนย์กลางของวัตถุเหล่านี้เป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่ดึงดูดสสารที่อยู่รอบๆ เนื่องจากแรงดึงดูดอันทรงพลังดังกล่าว สสารที่ถูกดึงดูดจึงได้รับความร้อนมากจนแผ่กระจายอย่างเข้มข้น การค้นพบวัตถุดังกล่าวมักจะถูกเปรียบเทียบกับการค้นพบหลุมดำ บางครั้งควาซาร์สามารถปล่อยไอพ่นของพลาสมาร้อนออกมาได้สองทิศทาง - ไอพ่นเชิงสัมพัทธภาพ สาเหตุของการปรากฏตัวของเจ็ตดังกล่าวยังไม่ชัดเจนนัก แต่อาจมีสาเหตุมาจากอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กของหลุมดำและจานสะสมมวลสาร และไม่ได้ปล่อยออกมาจากหลุมดำโดยตรง

เครื่องบินเจ็ตในกาแล็กซี M87 ยิงจากใจกลางหลุมดำ

เพื่อสรุปข้างต้น ใครๆ ก็สามารถจินตนาการได้ในระยะใกล้ นี่คือวัตถุทรงกลมสีดำซึ่งมีสสารที่มีความร้อนสูงหมุนรอบตัว ก่อตัวเป็นแผ่นสะสมมวลสารเรืองแสง

การควบรวมและการชนกันของหลุมดำ

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดอย่างหนึ่งในดาราศาสตร์ฟิสิกส์คือการชนกันของหลุมดำ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับวัตถุทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่เช่นนี้ได้ กระบวนการดังกล่าวเป็นที่สนใจไม่เพียงแต่สำหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เท่านั้น เนื่องจากส่งผลให้นักฟิสิกส์ศึกษาปรากฏการณ์ได้ไม่ดีนัก ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดคือเหตุการณ์ที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ที่เรียกว่า GW150914 เมื่อหลุมดำสองหลุมเข้ามาใกล้มากจนเป็นผลจากแรงดึงดูดระหว่างกัน พวกมันจึงรวมเป็นหนึ่งเดียว ผลที่ตามมาที่สำคัญของการชนครั้งนี้คือการเกิดขึ้นของคลื่นความโน้มถ่วง

ตามคำนิยาม คลื่นความโน้มถ่วงคือการเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงที่แพร่กระจายในลักษณะคล้ายคลื่นจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ เมื่อวัตถุสองชิ้นเข้ามาใกล้มากขึ้น พวกมันจะเริ่มหมุนรอบจุดศูนย์ถ่วงทั่วไป เมื่อเข้าใกล้มากขึ้น การหมุนรอบแกนของมันจะเพิ่มขึ้น การสลับกันของสนามโน้มถ่วงดังกล่าวในช่วงเวลาหนึ่งสามารถก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงอันทรงพลังอันหนึ่ง ซึ่งสามารถแพร่กระจายผ่านอวกาศเป็นเวลาหลายล้านปีแสง ดังนั้น ที่ระยะห่าง 1.3 พันล้านปีแสง หลุมดำ 2 หลุมจึงชนกัน ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงอันทรงพลังซึ่งมาถึงโลกเมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 และบันทึกโดยเครื่องตรวจจับ LIGO และ VIRGO

หลุมดำตายได้อย่างไร?

แน่นอนว่าเพื่อให้หลุมดำหยุดดำรงอยู่ หลุมดำจะต้องสูญเสียมวลทั้งหมดไป อย่างไรก็ตาม ตามคำจำกัดความแล้ว ไม่มีสิ่งใดสามารถออกจากหลุมดำได้หากมันข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันไปแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่าความเป็นไปได้ของการปล่อยอนุภาคจากหลุมดำนั้นถูกกล่าวถึงครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของสหภาพโซเวียต Vladimir Gribov ในการสนทนาของเขากับนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียตอีกคน Yakov Zeldovich เขาแย้งว่าจากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม หลุมดำสามารถเปล่งอนุภาคผ่านปรากฏการณ์อุโมงค์ได้ ต่อมา Stephen Hawking นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอังกฤษได้สร้างทฤษฎีของตัวเองขึ้นมาโดยใช้กลศาสตร์ควอนตัมซึ่งแตกต่างออกไปเล็กน้อย คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ได้ กล่าวโดยย่อ ในสุญญากาศมีสิ่งที่เรียกว่าอนุภาคเสมือน ซึ่งเกิดเป็นคู่และทำลายล้างกันอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอก แต่ถ้าคู่ดังกล่าวปรากฏบนขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ แรงโน้มถ่วงที่รุนแรงก็สามารถแยกพวกมันออกจากกันได้ โดยสมมุติว่าอนุภาคหนึ่งตกลงไปในหลุมดำและอีกอนุภาคเคลื่อนตัวออกจากหลุมดำ และเนื่องจากสามารถสังเกตอนุภาคที่ลอยออกจากหลุมได้ และดังนั้นจึงมีพลังงานเชิงบวก ดังนั้นอนุภาคที่ตกลงไปในหลุมจึงต้องมีพลังงานเชิงลบ ดังนั้นหลุมดำจะสูญเสียพลังงานและเกิดผลกระทบที่เรียกว่าการระเหยของหลุมดำ

ตามแบบจำลองที่มีอยู่ของหลุมดำ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เมื่อมวลของมันลดลง การแผ่รังสีของมันจะรุนแรงมากขึ้น จากนั้นในขั้นตอนสุดท้ายของการดำรงอยู่ของหลุมดำ เมื่อมันอาจหดตัวลงเหลือขนาดเท่าหลุมดำควอนตัม มันก็จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาในรูปของการแผ่รังสี ซึ่งอาจเทียบเท่ากับอะตอมนับพันหรือแม้แต่ล้านอะตอม ระเบิด เหตุการณ์นี้ค่อนข้างชวนให้นึกถึงการระเบิดของหลุมดำเหมือนกับระเบิดลูกเดียวกัน จากการคำนวณ หลุมดำยุคดึกดำบรรพ์อาจถือกำเนิดขึ้นอันเป็นผลมาจากบิ๊กแบง และหลุมดำที่มีมวลประมาณ 10,12 กิโลกรัมก็จะระเหยและระเบิดไปในยุคของเรา อาจเป็นไปได้ว่านักดาราศาสตร์ไม่เคยสังเกตเห็นการระเบิดดังกล่าวมาก่อน

แม้ว่าฮอว์คิงจะเสนอกลไกในการทำลายหลุมดำ แต่คุณสมบัติของรังสีของฮอว์คิงก็ทำให้เกิดความขัดแย้งภายในกรอบของกลศาสตร์ควอนตัม หากหลุมดำดูดซับวัตถุบางอย่าง แล้วสูญเสียมวลที่เกิดจากการดูดกลืนของวัตถุนี้ ดังนั้น ไม่ว่าวัตถุนั้นจะมีลักษณะอย่างไร หลุมดำก็จะไม่แตกต่างจากที่เคยเป็นมาก่อนที่จะดูดซับวัตถุนี้ ในกรณีนี้ข้อมูลเกี่ยวกับร่างกายจะสูญหายไปตลอดกาล จากมุมมองของการคำนวณทางทฤษฎี การเปลี่ยนแปลงสถานะบริสุทธิ์เริ่มต้นไปเป็นสถานะผสม (“ความร้อน”) ที่ได้จะไม่สอดคล้องกับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมในปัจจุบัน ความขัดแย้งนี้บางครั้งเรียกว่าการหายตัวไปของข้อมูลในหลุมดำ ไม่เคยพบวิธีแก้ปัญหาที่ชัดเจนสำหรับความขัดแย้งนี้ วิธีแก้ปัญหาที่เป็นที่รู้จักสำหรับความขัดแย้ง:

• ความไม่ถูกต้องของทฤษฎีของฮอว์คิง สิ่งนี้นำมาซึ่งความเป็นไปไม่ได้ที่จะทำลายหลุมดำและการเติบโตอย่างต่อเนื่อง
• การปรากฏตัวของหลุมสีขาว ในกรณีนี้ข้อมูลที่ดูดซับจะไม่หายไป แต่เพียงถูกโยนออกไปในจักรวาลอื่น
• ความไม่สอดคล้องกันของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป

ปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขของฟิสิกส์หลุมดำ

ตัดสินจากทุกสิ่งที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ หลุมดำแม้ว่าจะได้รับการศึกษามาเป็นเวลานาน แต่ก็ยังมีคุณสมบัติมากมายซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบกลไกของมัน

• ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้คิดค้นสิ่งที่เรียกว่า “หลักการของการเซ็นเซอร์จักรวาล” - “ธรรมชาติรังเกียจเอกภาวะที่เปลือยเปล่า” ซึ่งหมายความว่าภาวะเอกฐานก่อตัวเฉพาะในสถานที่ที่ซ่อนอยู่ เช่น ศูนย์กลางของหลุมดำ อย่างไรก็ตามหลักการนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ นอกจากนี้ยังมีการคำนวณทางทฤษฎีที่ทำให้เกิดภาวะเอกภาวะ "เปลือยเปล่า" ได้
• “ทฤษฎีบทไม่มีเส้นขน” ซึ่งหลุมดำมีพารามิเตอร์เพียงสามตัวเท่านั้น ยังไม่ได้รับการพิสูจน์เช่นกัน
• ทฤษฎีที่สมบูรณ์ของแมกนีโตสเฟียร์หลุมดำยังไม่ได้รับการพัฒนา
• ยังไม่ได้มีการศึกษาธรรมชาติและฟิสิกส์ของเอกภาวะโน้มถ่วง
• ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าจะเกิดอะไรขึ้นในขั้นตอนสุดท้ายของการมีอยู่ของหลุมดำ และจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากการสลายตัวของควอนตัม

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับหลุมดำ

โดยสรุปข้างต้น เราสามารถเน้นคุณลักษณะที่น่าสนใจและผิดปกติหลายประการของธรรมชาติของหลุมดำ:

• BH มีพารามิเตอร์เพียงสามตัวเท่านั้น ได้แก่ มวล ประจุไฟฟ้า และโมเมนตัมเชิงมุม เนื่องจากคุณลักษณะจำนวนเล็กน้อยของร่างกายนี้ ทฤษฎีบทที่ระบุว่าสิ่งนี้จึงเรียกว่า "ทฤษฎีบทไม่มีขน" นี่เป็นที่มาของวลี "หลุมดำไม่มีขน" ซึ่งหมายความว่าหลุมดำสองหลุมเหมือนกันทุกประการ โดยพารามิเตอร์ทั้งสามที่กล่าวถึงนั้นเหมือนกัน
• ความหนาแน่นของหลุมดำอาจน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศ และอุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าการก่อตัวของหลุมดำไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากการอัดสสาร แต่เป็นผลมาจากการสะสมของสสารจำนวนมากในปริมาตรหนึ่ง
• เวลาผ่านไปช้ากว่ามากสำหรับวัตถุที่ถูกหลุมดำดูดกลืนมากกว่าผู้สังเกตการณ์ภายนอก นอกจากนี้ วัตถุที่ถูกดูดซับจะยืดออกอย่างมากภายในหลุมดำ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าสปาเก็ตติฟิเคชัน
• อาจมีหลุมดำประมาณล้านหลุมในกาแลคซีของเรา
• อาจมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ใจกลางกาแลคซีทุกแห่ง
• ในอนาคต ตามแบบจำลองทางทฤษฎี จักรวาลจะเข้าสู่ยุคที่เรียกว่าหลุมดำ ซึ่งหลุมดำจะกลายเป็นวัตถุหลักในจักรวาล

ในบรรดาวัตถุทั้งหมดที่มนุษย์รู้จักซึ่งอยู่ในอวกาศ หลุมดำสร้างความประทับใจที่น่าขนลุกและไม่อาจเข้าใจได้มากที่สุด ความรู้สึกนี้ครอบคลุมเกือบทุกคนเมื่อมีการกล่าวถึงหลุมดำ แม้ว่ามนุษยชาติจะรู้จักหลุมดำมานานกว่าศตวรรษครึ่งแล้วก็ตาม ความรู้แรกเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้ได้รับมานานก่อนที่ไอน์สไตน์จะตีพิมพ์เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ แต่การยืนยันการมีอยู่จริงของวัตถุเหล่านี้เมื่อไม่นานมานี้

แน่นอนว่าหลุมดำมีชื่อเสียงอย่างถูกต้องจากลักษณะทางกายภาพที่แปลกประหลาด ซึ่งก่อให้เกิดความลึกลับมากยิ่งขึ้นในจักรวาล พวกมันท้าทายกฎจักรวาลของฟิสิกส์และกลศาสตร์จักรวาลได้อย่างง่ายดาย เพื่อที่จะเข้าใจรายละเอียดและหลักการทั้งหมดของการดำรงอยู่ของปรากฏการณ์เช่นหลุมจักรวาล เราจำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับความสำเร็จสมัยใหม่ในด้านดาราศาสตร์ และใช้จินตนาการของเรา นอกจากนี้ เราจะต้องก้าวไปไกลกว่าแนวคิดมาตรฐาน เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจและทำความคุ้นเคยกับหลุมจักรวาล พอร์ทัลไซต์ได้เตรียมข้อมูลที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้ในจักรวาล

คุณสมบัติของหลุมดำจากพอร์ทัลไซต์

ประการแรก ควรสังเกตว่าหลุมดำไม่ได้มาจากไหนไม่รู้ แต่ก่อตัวจากดาวฤกษ์ที่มีขนาดและมวลขนาดมหึมา นอกจากนี้ คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดและมีเอกลักษณ์เฉพาะของหลุมดำทุกหลุมคือพวกมันมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก แรงดึงดูดของวัตถุต่อหลุมดำมีมากกว่าความเร็วหลบหนีที่สอง ตัวบ่งชี้แรงโน้มถ่วงดังกล่าวบ่งชี้ว่าแม้แต่รังสีของแสงก็ไม่สามารถหลุดพ้นจากขอบเขตการกระทำของหลุมดำได้ เนื่องจากมีความเร็วต่ำกว่ามาก

ลักษณะเฉพาะของแรงดึงดูดคือดึงดูดวัตถุทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียง ยิ่งวัตถุที่เคลื่อนผ่านบริเวณหลุมดำมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็จะยิ่งได้รับอิทธิพลและแรงดึงดูดมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่ายิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใด หลุมดำก็จะดึงดูดมันได้มากขึ้นเท่านั้น และเพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลดังกล่าว ร่างกายของจักรวาลจะต้องมีอัตราการเคลื่อนที่ที่สูงมาก

นอกจากนี้ยังปลอดภัยที่จะสังเกตด้วยว่าทั่วทั้งจักรวาลไม่มีวัตถุใดที่สามารถหลีกเลี่ยงการดึงดูดของหลุมดำได้หากพบว่าตัวเองอยู่ใกล้ เนื่องจากแม้แต่กระแสแสงที่เร็วที่สุดก็ไม่สามารถรอดพ้นอิทธิพลนี้ได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งพัฒนาโดยไอน์สไตน์นั้นยอดเยี่ยมในการทำความเข้าใจคุณลักษณะของหลุมดำ ตามทฤษฎีนี้ แรงโน้มถ่วงสามารถมีอิทธิพลต่อเวลาและบิดเบือนอวกาศได้ นอกจากนี้ยังระบุด้วยว่ายิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งทำให้เวลาช้าลงมากขึ้นเท่านั้น ในบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดำนั้น เวลาดูเหมือนจะหยุดลงโดยสิ้นเชิง หากยานอวกาศเข้าสู่ขอบเขตการทำงานของหลุมอวกาศ เราจะสังเกตเห็นว่ามันจะช้าลงอย่างไรเมื่อมันเข้าใกล้ และหายไปในที่สุด

คุณไม่ควรกลัวปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น หลุมดำ มากเกินไป และเชื่อข้อมูลที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์ทั้งหมดที่อาจมีอยู่ในขณะนี้ ก่อนอื่น เราต้องกำจัดความเชื่อผิด ๆ ที่พบบ่อยที่สุดที่ว่าหลุมดำสามารถดูดสสารและวัตถุรอบตัวพวกมันได้ และเมื่อมันทำเช่นนั้น พวกมันก็จะเติบโตและดูดซับมากขึ้นเรื่อย ๆ สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด ใช่ จริงๆ แล้ว พวกมันสามารถดูดซับวัตถุและสสารของจักรวาลได้ แต่เฉพาะวัตถุที่อยู่ในระยะห่างจากหลุมเท่านั้น นอกจากแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังแล้ว พวกมันก็ไม่ได้แตกต่างจากดาวฤกษ์ทั่วไปที่มีมวลขนาดมหึมามากนัก แม้ว่าดวงอาทิตย์ของเราจะกลายเป็นหลุมดำ มันก็จะสามารถดูดวัตถุที่อยู่ไม่ไกลออกไปได้เท่านั้น และดาวเคราะห์ทุกดวงจะยังคงหมุนอยู่ในวงโคจรปกติของมัน

จากทฤษฎีสัมพัทธภาพ เราสามารถสรุปได้ว่าวัตถุทั้งหมดที่มีแรงโน้มถ่วงสูงสามารถมีอิทธิพลต่อความโค้งของเวลาและอวกาศได้ นอกจากนี้ ยิ่งมวลกายมากขึ้น ความบิดเบี้ยวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นสิ่งนี้ในทางปฏิบัติ เมื่อพวกเขาสามารถพิจารณาวัตถุอื่นๆ ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยตาของเรา เนื่องจากมีวัตถุในจักรวาลขนาดใหญ่ เช่น กาแล็กซีหรือหลุมดำ ทั้งหมดนี้เป็นไปได้เนื่องจากความจริงที่ว่ารังสีแสงที่ส่องผ่านบริเวณใกล้เคียงจากหลุมดำหรือวัตถุอื่นนั้นโค้งงออย่างแรงมากภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของพวกมัน การบิดเบือนประเภทนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองออกไปในอวกาศได้ไกลขึ้นมาก แต่ด้วยการศึกษาดังกล่าว เป็นการยากมากที่จะระบุตำแหน่งที่แท้จริงของร่างกายที่กำลังศึกษา

หลุมดำไม่ได้ปรากฏขึ้นมาจากที่ไหนเลย พวกมันก่อตัวขึ้นจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมหาศาล ยิ่งกว่านั้น เพื่อให้หลุมดำก่อตัวได้ มวลของดาวฤกษ์ที่ระเบิดจะต้องมีมวลมากกว่ามวลดวงอาทิตย์อย่างน้อยสิบเท่า ดาวแต่ละดวงมีอยู่เนื่องจากปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ ในกรณีนี้ โลหะผสมไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการฟิวชัน แต่ไม่สามารถออกจากโซนการกระทำของดาวได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะดึงดูดไฮโดรเจนกลับมา กระบวนการทั้งหมดนี้ทำให้ดาวฤกษ์ดำรงอยู่ได้ การสังเคราะห์ไฮโดรเจนและแรงโน้มถ่วงของดาวเป็นกลไกที่ค่อนข้างทำงานได้ดี แต่การหยุดชะงักของสมดุลนี้อาจนำไปสู่การระเบิดของดาวได้ ในกรณีส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ มีหลายสถานการณ์สำหรับการพัฒนาหลังการระเบิดที่เป็นไปได้ ดังนั้น ดาวฤกษ์มวลมากจึงก่อตัวเป็นสนามระเบิดซูเปอร์โนวา และส่วนใหญ่ยังคงอยู่ด้านหลังแกนกลางของดาวฤกษ์ดวงเดิม ในกรณีส่วนใหญ่ เมฆก๊าซก่อตัวรอบๆ วัตถุเหล่านี้ ซึ่งถูกยึดไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวแคระ อีกเส้นทางหนึ่งสำหรับการพัฒนาดาวฤกษ์มวลมหาศาลก็เป็นไปได้เช่นกัน ซึ่งหลุมดำที่เกิดขึ้นจะดึงดูดสสารทั้งหมดของดาวฤกษ์มาที่ศูนย์กลางอย่างแรง ซึ่งจะนำไปสู่การบีบอัดที่รุนแรง

วัตถุที่ถูกบีบอัดดังกล่าวเรียกว่าดาวนิวตรอน ในกรณีที่หายากที่สุด หลังจากการระเบิดของดาวฤกษ์ การก่อตัวของหลุมดำตามความเข้าใจที่เรายอมรับเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ก็เป็นไปได้ แต่สำหรับการสร้างหลุม มวลของดาวฤกษ์จะต้องมีขนาดมหึมา ในกรณีนี้ เมื่อสมดุลของปฏิกิริยานิวเคลียร์หยุดชะงัก แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ก็จะบ้าคลั่ง ในเวลาเดียวกันมันก็เริ่มพังทลายลงหลังจากนั้นก็กลายเป็นเพียงจุดหนึ่งในอวกาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถพูดได้ว่าดาวฤกษ์ในฐานะวัตถุทางกายภาพนั้นไม่มีอยู่จริงอีกต่อไป แม้ว่าหลุมดำจะหายไป แต่ด้านหลังหลุมดำที่มีแรงโน้มถ่วงและมวลเท่ากันก็ก่อตัวขึ้น

การล่มสลายของดาวฤกษ์นำไปสู่ความจริงที่ว่าพวกมันหายไปโดยสิ้นเชิง และในสถานที่นั้นหลุมดำก็ก่อตัวขึ้นโดยมีคุณสมบัติทางกายภาพเช่นเดียวกับดาวที่หายไป ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือระดับการบีบอัดของรูที่มากกว่าปริมาตรของดาวฤกษ์ ลักษณะที่สำคัญที่สุดของหลุมดำทั้งหมดคือความเป็นเอกเทศซึ่งกำหนดจุดศูนย์กลางของมัน พื้นที่นี้ฝ่าฝืนกฎแห่งฟิสิกส์ สสาร และอวกาศซึ่งไม่มีอยู่จริงอีกต่อไป เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเรื่องเอกภาวะ เราสามารถพูดได้ว่านี่คือสิ่งกีดขวางที่เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์จักรวาล นอกจากนี้ยังเป็นขอบเขตด้านนอกของหลุมดำอีกด้วย ภาวะเอกฐานสามารถเรียกได้ว่าเป็นจุดที่ไม่หวนกลับเนื่องจากมีแรงโน้มถ่วงขนาดมหึมาของหลุมเริ่มทำหน้าที่ แม้แต่แสงที่ลอดผ่านม่านกั้นนี้ก็ไม่สามารถหลบหนีได้

ขอบฟ้าเหตุการณ์มีเอฟเฟกต์ที่น่าดึงดูดใจซึ่งดึงดูดวัตถุทั้งหมดด้วยความเร็วแสง เมื่อคุณเข้าใกล้หลุมดำ ตัวบ่งชี้ความเร็วจะเพิ่มขึ้นอีก นั่นคือสาเหตุที่วัตถุทั้งหมดที่ตกอยู่ในช่วงแรงนี้ถึงวาระที่จะถูกดูดเข้าไปในรู ควรสังเกตว่ากองกำลังดังกล่าวสามารถปรับเปลี่ยนร่างกายที่ถูกจับโดยการกระทำของแรงดึงดูดดังกล่าว หลังจากนั้นพวกมันก็ยืดออกเป็นเส้นบาง ๆ และจากนั้นก็หยุดอยู่ในอวกาศโดยสมบูรณ์

ระยะห่างระหว่างขอบฟ้าเหตุการณ์และภาวะเอกฐานอาจแตกต่างกันไป พื้นที่นี้เรียกว่ารัศมีชวาร์สชิลด์ นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้หลุมดำมีขนาดใหญ่ขึ้น ระยะของการกระทำก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดได้ว่าหลุมดำที่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ของเราจะมีรัศมีชวาร์สชิลด์สามกิโลเมตร ดังนั้นหลุมดำขนาดใหญ่จึงมีช่วงที่กว้างกว่า

การค้นหาหลุมดำเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างยาก เนื่องจากแสงไม่สามารถหลุดรอดไปได้ ดังนั้นการค้นหาและคำจำกัดความจึงขึ้นอยู่กับหลักฐานทางอ้อมของการดำรงอยู่เท่านั้น วิธีที่ง่ายที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ค้นหาพวกมันคือการค้นหาพวกมันโดยการค้นหาสถานที่ในอวกาศมืดหากมีมวลมาก ในกรณีส่วนใหญ่ นักดาราศาสตร์สามารถค้นหาหลุมดำในระบบดาวคู่หรือในใจกลางกาแลคซีได้

นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่มักจะเชื่อว่ายังมีหลุมดำที่ทรงพลังอย่างยิ่งที่ใจกลางกาแลคซีของเรา ข้อความนี้ทำให้เกิดคำถามว่าหลุมนี้สามารถกลืนทุกสิ่งในกาแล็กซีของเราได้หรือไม่? ในความเป็นจริง มันเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากหลุมนั้นมีมวลเท่ากับดวงดาว เพราะมันถูกสร้างขึ้นจากดาวฤกษ์ ยิ่งกว่านั้น การคำนวณของนักวิทยาศาสตร์ทุกคนไม่ได้ทำนายเหตุการณ์ทั่วโลกที่เกี่ยวข้องกับวัตถุนี้ ยิ่งไปกว่านั้น ไปอีกหลายพันล้านปี เนื้อจักรวาลในกาแล็กซีของเราจะหมุนรอบหลุมดำนี้อย่างเงียบ ๆ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ หลักฐานของการมีอยู่ของหลุมตรงกลางทางช้างเผือกอาจมาจากคลื่นรังสีเอกซ์ที่นักวิทยาศาสตร์บันทึกไว้ และนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าหลุมดำปล่อยพวกมันออกมาในปริมาณมหาศาล

บ่อยครั้งในกาแลคซีของเรามีระบบดาวที่ประกอบด้วยดาวสองดวง และบ่อยครั้งหนึ่งในนั้นอาจกลายเป็นหลุมดำได้ ในเวอร์ชันนี้ หลุมดำดูดซับวัตถุทั้งหมดที่ขวางหน้า ในขณะที่สสารเริ่มหมุนรอบมัน เนื่องจากมีจานความเร่งเกิดขึ้น คุณสมบัติพิเศษคือเพิ่มความเร็วในการหมุนและเคลื่อนเข้าใกล้จุดศูนย์กลางมากขึ้น มันเป็นเรื่องที่ตกลงไปกลางหลุมดำที่ปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาและตัวมันเองก็ถูกทำลายไป

ระบบดาวคู่เป็นตัวเลือกแรกๆ ที่มีสถานะเป็นหลุมดำ ในระบบดังกล่าว การหาหลุมดำได้ง่ายที่สุด เนื่องจากปริมาตรของดาวฤกษ์ที่มองเห็น จึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณตัวบ่งชี้ของพี่น้องที่มองไม่เห็นของมัน ปัจจุบัน ตัวเลือกแรกสำหรับสถานะของหลุมดำอาจเป็นดาวฤกษ์จากกลุ่มดาวหงส์ ซึ่งปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาอย่างแข็งขัน

จากที่กล่าวมาทั้งหมดเกี่ยวกับหลุมดำ เราสามารถพูดได้ว่าพวกมันไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่อันตรายเช่นนั้น แน่นอนว่า ในกรณีของบริเวณใกล้เคียง พวกมันเป็นวัตถุที่ทรงพลังที่สุดในอวกาศเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าพวกมันไม่ได้แตกต่างจากวัตถุอื่นๆ มากนัก คุณสมบัติหลักของพวกมันคือสนามโน้มถ่วงที่รุนแรง

มีการเสนอทฤษฎีจำนวนมากเกี่ยวกับจุดประสงค์ของหลุมดำ ซึ่งบางทฤษฎีก็ไร้สาระด้วยซ้ำ ดังนั้นหนึ่งในนั้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำสามารถให้กำเนิดกาแลคซีใหม่ได้ ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานอยู่บนความจริงที่ว่าโลกของเราเป็นสถานที่ที่ค่อนข้างเอื้ออำนวยต่อการกำเนิดของชีวิต แต่หากปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเปลี่ยนแปลงไป ชีวิตก็คงเป็นไปไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ความแปลกประหลาดและลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพในหลุมดำจึงสามารถก่อให้เกิดจักรวาลใหม่โดยสิ้นเชิงซึ่งจะแตกต่างไปจากของเราอย่างมาก แต่นี่เป็นเพียงทฤษฎีและทฤษฎีที่ค่อนข้างอ่อนแอเนื่องจากไม่มีหลักฐานยืนยันผลกระทบของหลุมดำดังกล่าว

สำหรับหลุมดำ ไม่เพียงแต่สามารถดูดซับสสารได้เท่านั้น แต่ยังสามารถระเหยได้อีกด้วย ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้ได้รับการพิสูจน์เมื่อหลายสิบปีก่อน การระเหยนี้อาจทำให้หลุมดำสูญเสียมวลทั้งหมดแล้วหายไปโดยสิ้นเชิง

ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลที่เล็กที่สุดเกี่ยวกับหลุมดำที่คุณสามารถหาได้จากเว็บไซต์พอร์ทัล เรายังมีข้อมูลที่น่าสนใจอีกมากมายเกี่ยวกับปรากฏการณ์จักรวาลอื่นๆ

หลุมดำอาจเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ลึกลับและลึกลับที่สุดในจักรวาลของเรา นับตั้งแต่วินาทีที่มีการค้นพบ พวกมันได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์และกระตุ้นจินตนาการของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ หลุมดำคืออะไร และมันเป็นตัวแทนของอะไร? หลุมดำเป็นดาวฤกษ์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ซึ่งมีความหนาแน่นสูงและแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีออกไปไกลกว่าพวกมันได้ เนื่องจากลักษณะทางกายภาพของพวกมัน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบหลุมดำ

เป็นครั้งแรกที่ D. Michel (นักบวชชาวอังกฤษจากยอร์กเชียร์ผู้สนใจดาราศาสตร์ในเวลาว่าง) แนะนำการมีอยู่ตามทฤษฎีของหลุมดำมานานก่อนการค้นพบจริงในปี 1783 ตามการคำนวณของเขาถ้าเราเอาของเราและบีบอัดมัน (ในภาษาคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เก็บมันไว้) ให้มีรัศมี 3 กม. แรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่ (มหาศาลมาก) จะก่อตัวขึ้นจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถออกไปได้ . นี่คือลักษณะที่แนวคิดของ "หลุมดำ" ปรากฏขึ้น แม้ว่าจริงๆ แล้วมันไม่ได้เป็นสีดำเลยก็ตาม ในความเห็นของเรา คำว่า "หลุมดำ" น่าจะเหมาะสมกว่า เนื่องจากเป็นการไม่มีแสงที่เกิดขึ้นอย่างแน่นอน

ต่อมาในปี พ.ศ. 2461 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้เขียนเกี่ยวกับปัญหาหลุมดำในบริบทของทฤษฎีสัมพัทธภาพ แต่เพียงในปี 1967 ด้วยความพยายามของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ ที่ในที่สุดแนวคิดเรื่องหลุมดำก็ได้รับชัยชนะในแวดวงวิชาการ

อาจเป็นไปได้ว่า D. Michel, Albert Einstein และ John Wheeler ในงานของพวกเขาสันนิษฐานว่าเป็นเพียงการมีอยู่ทางทฤษฎีของวัตถุท้องฟ้าลึกลับเหล่านี้ในอวกาศ แต่การค้นพบหลุมดำที่แท้จริงเกิดขึ้นในปี 1971 ตอนนั้นเองที่พวกเขาค้นพบหลุมดำ ถูกพบเห็นครั้งแรกในกล้องโทรทรรศน์

นี่คือลักษณะของหลุมดำ

หลุมดำก่อตัวในอวกาศได้อย่างไร

ดังที่เราทราบจากดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ดาวทุกดวง (รวมถึงดวงอาทิตย์ของเรา) มีเชื้อเพลิงอยู่อย่างจำกัด และถึงแม้ว่าชีวิตของดาวฤกษ์จะคงอยู่ได้หลายพันล้านปีแสง แต่ไม่ช้าก็เร็วการจ่ายเชื้อเพลิงตามเงื่อนไขนี้ก็สิ้นสุดลงและดาวก็ "ดับ" กระบวนการ "ซีดจาง" ของดาวฤกษ์จะมาพร้อมกับปฏิกิริยาที่รุนแรง ในระหว่างที่ดาวฤกษ์เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญและอาจกลายเป็นดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน หรือหลุมดำ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของดาวฤกษ์ ยิ่งไปกว่านั้น ดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดซึ่งมีขนาดที่น่าประทับใจอย่างเหลือเชื่อมักจะกลายเป็นหลุมดำ เนื่องจากการบีบอัดขนาดที่น่าทึ่งที่สุดเหล่านี้ จึงมีมวลและแรงโน้มถ่วงเพิ่มขึ้นหลายเท่าของหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวใหม่ ซึ่งกลายเป็น เครื่องดูดฝุ่นกาแลกติกประเภทหนึ่ง ดูดซับทุกสิ่งและทุกคนที่อยู่รอบตัว

หลุมดำกลืนดาวฤกษ์

หมายเหตุเล็กๆ น้อยๆ - ตามมาตรฐานทางช้างเผือก ดวงอาทิตย์ของเราไม่ได้เป็นดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เลย และหลังจากการสูญพันธุ์ซึ่งจะเกิดขึ้นในเวลาประมาณสองสามพันล้านปี ก็มีแนวโน้มว่าจะไม่กลายเป็นหลุมดำ

แต่ขอบอกตามตรง - วันนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ความซับซ้อนทั้งหมดของการก่อตัวของหลุมดำ ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่เป็นกระบวนการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ซับซ้อนอย่างยิ่งซึ่งในตัวมันเองสามารถคงอยู่ได้หลายล้านปีแสง แม้ว่าความเป็นไปได้ที่จะก้าวหน้าไปในทิศทางนี้อาจเป็นการค้นพบและการศึกษาต่อมาของสิ่งที่เรียกว่าหลุมดำกลาง ซึ่งก็คือดาวฤกษ์ที่อยู่ในสภาพสูญพันธุ์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่แอคทีฟของการก่อตัวของหลุมดำกำลังเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม ในปี 2014 นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวฤกษ์ที่คล้ายกันนี้ที่แขนของดาราจักรชนิดก้นหอย

มีหลุมดำกี่หลุมในจักรวาล?

ตามทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ อาจมีหลุมดำมากถึงหลายร้อยล้านหลุมในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา อาจมีไม่น้อยในกาแลคซีใกล้เคียงของเราซึ่งไม่มีอะไรจะบินไปจากทางช้างเผือกของเรา - 2.5 ล้านปีแสง

ทฤษฎีหลุมดำ

แม้จะมีมวลมหาศาล (ซึ่งมากกว่ามวลดวงอาทิตย์ของเราหลายแสนเท่า) และแรงโน้มถ่วงที่เหลือเชื่อ มันไม่ง่ายเลยที่จะเห็นหลุมดำผ่านกล้องโทรทรรศน์ เนื่องจากพวกมันไม่เปล่งแสงเลย นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตเห็นหลุมดำได้เฉพาะในช่วงเวลา "มื้ออาหาร" ของมันเท่านั้น - การดูดกลืนดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่ง ในขณะนี้ การแผ่รังสีลักษณะเฉพาะปรากฏขึ้นซึ่งสามารถสังเกตได้อยู่แล้ว ดังนั้นทฤษฎีหลุมดำจึงพบการยืนยันที่แท้จริง

คุณสมบัติของหลุมดำ

คุณสมบัติหลักของหลุมดำคือสนามโน้มถ่วงอันน่าทึ่งของมัน ซึ่งไม่อนุญาตให้พื้นที่และเวลาโดยรอบคงอยู่ในสภาวะปกติ ใช่ คุณได้ยินถูกแล้ว เวลาในหลุมดำผ่านไปช้ากว่าปกติหลายเท่า และถ้าคุณอยู่ที่นั่น เมื่อคุณกลับมา (แน่นอนว่าถ้าคุณโชคดีมาก) คุณจะต้องแปลกใจที่สังเกตว่าเวลาผ่านไปหลายศตวรรษแล้ว บนโลกนี้ และคุณยังอายุไม่มากด้วยซ้ำที่ทำมันทันเวลา แม้ว่าเราจะพูดกันตามตรงว่า หากคุณอยู่ในหลุมดำ คุณคงแทบจะเอาชีวิตรอดไม่ได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีอยู่จนวัตถุใดๆ ก็ตามจะถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ กลายเป็นอะตอมไม่ได้เลยแม้แต่น้อย

แต่ถ้าคุณอยู่ใกล้หลุมดำด้วยซ้ำ โดยอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วงของมัน คุณจะมีช่วงเวลาที่ยากลำบากเช่นกัน เนื่องจากยิ่งคุณต้านทานแรงโน้มถ่วงของมันและพยายามบินหนีมากเท่าไร คุณก็จะตกลงไปในหลุมนั้นเร็วขึ้นเท่านั้น สาเหตุของความขัดแย้งที่ดูเหมือนนี้คือสนามน้ำวนโน้มถ่วงที่มีอยู่ในหลุมดำทั้งหมด

จะเป็นอย่างไรหากบุคคลตกลงไปในหลุมดำ

การระเหยของหลุมดำ

เอส. ฮอว์คิง นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: หลุมดำดูเหมือนจะปล่อยการระเหยออกมาเช่นกัน จริงอยู่ สิ่งนี้ใช้ได้กับรูที่มีมวลค่อนข้างน้อยเท่านั้น แรงโน้มถ่วงอันทรงพลังที่อยู่รอบตัวพวกมันทำให้เกิดอนุภาคและปฏิภาคคู่กัน โดยอันหนึ่งถูกดึงเข้าไปในรู และอันที่สองถูกขับออกมา ดังนั้นหลุมดำจึงปล่อยปฏิปักษ์แข็งและรังสีแกมมาออกมา การระเหยหรือการแผ่รังสีจากหลุมดำนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบมัน - "รังสีฮอว์กิง"

หลุมดำที่ใหญ่ที่สุด

ตามทฤษฎีหลุมดำ ที่ใจกลางกาแลคซีเกือบทั้งหมดมีหลุมดำขนาดใหญ่ที่มีมวลตั้งแต่หลายล้านถึงหลายพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ และเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลุมดำที่ใหญ่ที่สุดสองแห่งที่รู้จักในปัจจุบัน พวกมันตั้งอยู่ในกาแลคซีใกล้เคียงสองแห่ง: NGC 3842 และ NGC 4849

NGC 3842 เป็นกาแลคซีที่สว่างที่สุดในกลุ่มดาวราศีสิงห์ ซึ่งอยู่ห่างจากเรา 320 ล้านปีแสง ที่ใจกลางของมันมีหลุมดำขนาดใหญ่ซึ่งมีน้ำหนัก 9.7 พันล้านมวลดวงอาทิตย์

NGC 4849 ซึ่งเป็นกาแลคซีในกระจุกโคมาซึ่งอยู่ห่างออกไป 335 ล้านปีแสง มีหลุมดำที่น่าประทับใจไม่แพ้กัน

สนามโน้มถ่วงของหลุมดำยักษ์เหล่านี้หรือในแง่วิชาการคือขอบฟ้าเหตุการณ์ของมัน มีระยะห่างจากดวงอาทิตย์ถึง ! ประมาณ 5 เท่า หลุมดำดังกล่าวจะกัดกินระบบสุริยะของเราและไม่ทำให้หายใจไม่ออกด้วยซ้ำ

หลุมดำที่เล็กที่สุด

แต่ในตระกูลหลุมดำอันกว้างใหญ่ก็มีตัวแทนจำนวนน้อยมากเช่นกัน ดังนั้นหลุมดำแคระที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบในขณะนี้จึงมีมวลเพียง 3 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา นี่เป็นค่าต่ำสุดทางทฤษฎีที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของหลุมดำ หากดาวดวงนั้นเล็กกว่าเล็กน้อย หลุมนั้นก็จะไม่ก่อตัว

หลุมดำเป็นมนุษย์กินคน

ใช่ มีปรากฏการณ์ดังกล่าวดังที่เราเขียนไว้ข้างต้น หลุมดำเป็น "เครื่องดูดฝุ่นกาแล็กซี" ประเภทหนึ่งที่ดูดซับทุกสิ่งรอบตัว รวมถึง... หลุมดำอื่นๆ ด้วย เมื่อเร็วๆ นี้ นักดาราศาสตร์ค้นพบว่าหลุมดำจากกาแลคซีแห่งหนึ่งกำลังถูกกินโดยคนตะกละสีดำที่มีขนาดใหญ่กว่าจากกาแลคซีอื่น

• ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์บางคน หลุมดำไม่เพียงแต่เป็นเครื่องดูดฝุ่นกาแล็กซีที่ดูดทุกสิ่งเข้าไปในตัวมันเอง แต่ภายใต้สถานการณ์บางอย่าง หลุมดำยังสามารถให้กำเนิดจักรวาลใหม่ได้ด้วย
• หลุมดำสามารถระเหยไปตามกาลเวลา เราเขียนไว้ข้างต้นว่า Stephen Hawking นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบว่าหลุมดำมีคุณสมบัติของการแผ่รังสี และหลังจากผ่านช่วงเวลาที่ยาวนานมาก เมื่อไม่มีอะไรเหลือให้ดูดซับรอบๆ หลุมดำก็จะเริ่มระเหยมากขึ้น จนกระทั่งเมื่อเวลาผ่านไป เพิ่มมวลทั้งหมดขึ้นสู่อวกาศโดยรอบ แม้ว่านี่จะเป็นเพียงข้อสันนิษฐาน แต่เป็นสมมติฐานก็ตาม
• หลุมดำชะลอเวลาและทำให้อวกาศโค้งงอ เราได้เขียนเกี่ยวกับการขยายเวลาไปแล้ว แต่อวกาศภายใต้สภาวะของหลุมดำก็จะโค้งงอโดยสมบูรณ์เช่นกัน
• หลุมดำจำกัดจำนวนดวงดาวในจักรวาล กล่าวคือ สนามโน้มถ่วงของพวกมันป้องกันการระบายความร้อนของเมฆก๊าซในอวกาศ ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าดาวฤกษ์ดวงใหม่ถือกำเนิดขึ้น

หลุมดำบน Discovery Channel วิดีโอ

และโดยสรุป เรานำเสนอสารคดีวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจเกี่ยวกับหลุมดำจาก Discovery Channel