Черные дыры всегда были одним из интереснейших объектов наблюдений ученых. Являясь самыми большими объектами, находящимися во Вселенной, они в то же время недосягаемы и недоступными человечеству в полной мере. Пройдет еще немало времени, пока мы узнаем о тех процессах, которые происходят близ «точки невозврата». Что такое черная дыра с точки зрения науки?
Давайте поговорим о тех фактах, которые все же стали известны исследователям в результате продолжительных работ..
1. Черные дыры на самом деле не черные
Так как черные дыры излучают электромагнитные волны, то они могут быть выглядеть не черными, а даже наоборот вполне разноцветными. И выглядит это весьма впечатляюще.
2. Черные дыры не втягивают материю
Среди простых смертных сложился стереотип, что черная дыра — огромный пылесос, который тянет в себя окружающее пространство. Не будем чайниками и попробуем разобраться, что же это на самом деле.
Что Такое Черная Дыра?
В целом, (не вдаваясь в сложности квантовой физики и астрономических исследований) черную дыру можно представить как космический объект, у которого сильно завышено гравитационное поле. К примеру, если бы на месте Солнца была черная дыра такого же размера, то … ничего бы не произошло, и наша планета продолжила бы вращаться по той же орбите. «Поглощают» черные дыры только части материи звезд в виде звездного ветра, присущего любой звезде.
3. Черные дыры могут порождать новые вселенные
Конечно же, этот факт звучит как нечто из ряда фантастики, тем более, что нет доказательств существования других вселенных. Тем не менее, учеными довольно плотно изучаются подобные теории.
Если говорить простым языком, то если бы хоть одна физическая константа в нашем мире изменилась на небольшую величину, мы бы потеряли возможность существования. Сингулярность черных дыр отменяет привычные законы физики и может (по крайней мере, в теории) породить новую вселенную, отличающуюся по тем или иным параметрам от нашей.
4. Черные дыры испаряются со временем
Как было сказано ранее черные дыры поглощают звездный ветер. Помимо этого они медленно, но верно испаряются, то есть отдают свою массу в окружающее пространство, а затем и исчезают совсем. Это явление было открыто в 1974 году и названо излучением Хокинга, в честь Стивена Хокинга, который и сделал это открытие миру.
5. Ответ на вопрос «что такое черная дыра» был предсказан Карлом Шварцшильдом
На что способны черные дыры и что они таят (простыми словами)
Как известно, автор теории относительности, связанной с теорией струн – Альберт Эйнштейн. Но ученый не уделял должного внимания изучению небесных тел, хотя его теория могла и более того предсказала существование черных дыр. Таким образом, Карл Шварцшильд стал первым ученым, применившим общую теорию относительности для обоснования существования «точки невозврата».
Интересен тот факт, что это случилось 1915 году, сразу же после того, как Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Именно тогда возник термин «радиус Шварцшильда» — грубо говоря, это величина силы, с которой необходимо сжать объект, чтобы он превратился в черную дыру. Однако, это задачка не из легких. Давайте разберемся почему.
Дело в том, что в теории черной дырой может стать любое тело, но при воздействии на него определенной степени сжатия. К примеру, плод арахиса мог бы стать черной дырой, если бы обладал массой планеты Земля…
Интересный факт: Черные дыры — единственные в своем роде космические тела, имеющие способность притягивать силой гравитации свет.
6. Черные дыры искривляют пространство рядом с собой
Представим все пространство вселенной в виде виниловой пластинки. Если на нее положить раскаленный предмет, она изменит свою форму. То же самое происходит и с черными дырами. Их предельная масса притягивает к себе все, в том числе и лучи света, за счет чего пространство вокруг них искривляется.
7. Черные дыры ограничивают количество звезд во Вселенной
….Ведь, если звезды зажигают —
значит — это кому-нибудь нужно?
В.В. Маяковский
Обычно полностью сформировавшиеся звезды представляют собой облако остывших газов. Излучение черных дыр не дает газовым облакам остывать, а следовательно, предотвращает появление звезд.
8. Черные дыры являются самыми совершенными энергетическими установками
Черные дыры производят больше энергии, чем Солнце и другие звезды. Причиной тому материя, находящаяся вокруг нее. Когда материя преодолевает горизонт событий на большой скорости, она разогревается на орбите черной дыры до предельно высокой температуры. Это явление называют излучением абсолютно черного тела.
Интересный факт: В процессе ядерного синтеза энергией становятся 0,7% материи. Вблизи черной дыры в энергию превращается 10% материи!
9. Что будет если попасть в черную дыру?
Черные дыры «растягивают» тела, находящиеся рядом с ними. Вследствие этого процесса предметы начинают напоминать спагетти (существует даже специальный термин — «спагеттификация» =).
Хоть этот факт и может показаться шуточным, ему есть свое объяснение. Это происходит благодаря физическим принцип силы притяжения. Возьмем как пример тело человека. Находясь на земле, наши ноги находятся к центру Земли ближе, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее.
На поверхности черной дыры ноги притягиваются к центру черной дыры намного быстрее, и поэтому верхняя часть туловища попросту не успевает за ними. Итог: спагеттификация!
10. Теоретически, любой объект может стать черной дырой 
..и даже Солнце. Единственное, что не позволяет солнцу превратиться в абсолютно черное тело — сила гравитации. В центре черной дыры она в разы сильнее, чем в центре Солнца. В данном случае, если бы наше светило было сжато до четырех километров в диаметре, то вполне могла бы стать черной дырой (за счет большой массы).
Но это в теории. На практике известно, что черные дыры появляются только в результате коллапса сверхбольших звезд, превышающих Солнце по массе в 25-30 раз.
11.Черные дыры замедляют время вблизи себя
Основной тезис этого факта — по мере приближения к горизонту событий время замедляется. Это явление можно проиллюстрировать при помощи «парадокса близнецов», часто использующегося при объяснении положений теории относительности.
Основная идея состоит в том, что один из братьев — близнецов улетает в космос, а второй остается на Земле. Вернувшись домой, близнец обнаруживает, что брат постарел больше, чем он, так как при движении на скорости, приближенной к скорости света время начинает идти медленнее..
Источник: it-lenta.ru
Черная дыра: космическая загадка размером в миллионы солнц
Феномен «черных дыр» (black holes) давно интересует астрономов и физиков. Черная дыра – это явление, связанное с нарушением всех законов физики, загадочный объект, внутрь которого невозможно заглянуть. Рассмотрим подробнее, что такое черная дыра и какими особенностями она обладает, как образуются черные дыры, интересные факты о черных дырах.
Что такое черная дыра
Это область космического пространства, где уровень гравитации аномально высокий и ни один объект не способен вырваться за пределы этого участка.
В 2020 году Нобелевской премии по физике был удостоен Роджер Пенроуз, математик, проделавший расчет с доказательством происхождения черных дыр как неизбежного следствия гравитационного воздействия. Также награду получили А. Гэз и Р.Генцель, доказавшие наличие такого сверхмассивного участка в центральной части нашей галактики. Исследованиями в этой области занимались А. Эйнштейн, Стивен Хокинг (он считал, что черных дыр не существует).
Основной период существования черной дыры они неактивны, но в активный период «пожирают» целые звезды, пространства газов и пыли, могут затмить собой целую галактику, которая в этом случае будет называться квазаром. Но на самом деле основной массы сведений о космических дырах очень немного.
Почему черная дыра называется черной
Первое название этого космического явления – коллапсар. Но в научной журналистике стало мелькать наименование «черная дыра» (black holes), которое понравилось физикам, они вывели его на практический уровень в астрономии. Свойства черной дыры – абсолютно аннигилирует свет и является невидимой. Рассмотреть его возможно, если на краю есть вещественная оболочка – газовые образования или другие объекты. В ином случае зрение и техника черную дыру не зафиксируют.
Как появляются черные дыры
Зарождение таких объектов black holes находится в прямой пропорциональности от веса. Здесь их можно поделить на околосолнечные (вес равен нескольким светилам) и массивно-масштабные (габариты в миллионы раз больше). Чем она тяжелее, тем шире горизонт событий.
Самые старшие – околосолнечные, они зародились на заре появления во Вселенной. Изначально габариты черной дыры превышали Солнце в 25-70 раз, когда сокращение остановилось, произошел взрыв, центр стал черной дырой. Превышение Солнца в миллионы раз создается за счет огромных газовых туманностей, их масса формирует мегабольшую дыру.
Пример – Стрелец А*, что в 26 св. лет от нашей системы. Этот объект пребывает в центре. Если поглощение одностороннее, то вся масса вращается в одном направлении.
Как обнаружить черную дыру
Вычисляют черные дыры в основном на основе математических методов. В основном это теоретические суждения, базируются они на сложных вычислениях. Но есть координаты, которые позволяют зафиксировать определенный уровень космического излучения или отсутствия сигналов, что дает основания предположить наличие подобных поглощающих объектов.
Как умирают черные дыры
Для исчезновения необходима потеря всей массы, но ничто не может выйти из-за пределов после пересечения границы. Дыра может излучать виртуальные частицы в виде туннельного эффекта – они попарно рождаются и аннигилируются, не контактируя с миром. Если они появятся на горизонте, то мощная гравитация их способна разделить. Одна упадет внутрь, другая начнет двигаться в противоположном направлении, будет наблюдаема, имеет положительный заряд. И дыра начнет терять свою энергию, начнется эффект испарения.
Постепенно с сокращением массы излучение частиц черной дыры станет интенсивнее. На финальной стадии размер сократится до квантовой формы, выделится колоссальное количество излучения, равное миллиону атомных бомб. Такие дыры могли появиться в ходе Большого взрыва, и масса в 1012 кг могла бы испаряться до наших дней. Но сам факт взрыва черных дыр земными средствами наблюдения не фиксируется.
Структура черных дыр
Из чего состоит черная дыра? Состоящее из двух базовых элементов, это чудо природы включает горизонт событий – своеобразную границу гравиполя, и сингулярность. Предел находится по периметру, сингулярность является наполнением внутреннего пространства. Но что именно есть внутри – пока не очень известно науке.
Только можно предположить, что там сильно искажается все пространство, не работают физические законы. Если весь массив вращается, то вокруг горизонта черной дыры формируется эргосфера, в ней в том же направлении несутся другие объекты. Но в сингулярность из этой зоны ничто не затягивается, притяжения не хватает. То есть эргосферу можно покинуть в момент импульса, и чем больше вес дыры, тем меньшей уплотненностью она обладает.
Сингулярность
Что внутри черной дыры? Она имеет центральную часть, точку вне времени-пространства, где невозможно установить координаты и наблюдать законы физики. Поэтому есть теория, что здесь возможен переход в параллельные миры – скачком через сингулярность. Это машина времени, потому что нет противоречий с физикой, можно перенестись в любом направлении. Создают модели сингулярности, так как увидеть ее напрямую нельзя, она располагается за пределом видения – горизонтом событий.
Горизонт событий
Так называемый «горизонт событий» связывают с космическими явлениями. Принцип эквивалентности А. Эйнштейна гласит, что нет разницы между ускорением в условиях плоскости и гравитационного поля, которое пространство искривляет. Если наблюдать издалека за дырой, то можно видеть падение другого объекта. При этом движение этого объекта будет замедляться ближе к горизонту.
Как будто время на этом участке течет медленнее. После пересечения горизонта объект упадет внутрь радиуса Шварцшильда (радиус черной дыры).
Что происходит на горизонте
Замедление на горизонте объясняется действием приливных сил гравитации. На этом участке они обратно пропорциональный квадратной массе всей дыры. Чем она больше – тем меньше сила. И только при большой массе можно преодолеть горизонт и зафиксировать изменения. Так называемый эффект спагетти, «спагеттификация» будет растягивать объект за счет приливных сил.
Изначально считали, что есть сингулярность, но позднее эта теория была отвергнута.
Виды черных дыр
Всего существует четыре разновидности этих объектов, у каждого вида – свои отличия.
Первичные черные дыры
Черные дыры вселенной – результат полного выгорания звездного топлива. После термоядерных процессов светило остывает и сжимается под силой гравитации. Если этот процесс приостановится, то появится нейтронная звезда. Продолжаясь, из-за коллапса притяжения звезда превращается в черную дыру.
Сверхмассивные черные дыры
Это черные дыры гигантских размеров и массы. Их вес больше, чем думали ранее, например, 3 млрд. солнечных весит дыра в галактике М-87. Они способствуют вращению звезд, и весить должны еще больше. Чаще всего дыра находится по центру звездного скопления и служит галактическим ядром. Наращивание веса идет за счет поглощения материала в черную дыру из космоса.
Черные дыры звездных масс
Пока их наличие не доказано. Возможно, такие объекты появились в результате колебаний гравиполя, отклонений однородности. Если такие дыры есть, то они относительно невелики по габаритам и массе, даже меньше Солнца.
Квантовые черные дыры
Образуются в итоге ядерных процессов, где активизируется большой объем энергии. Но это только теория, человеческая наука порог не преодолела в своих исследованиях. Такую черную дыру можно получить после столкновения массы протонов. Результатом будет максимона – простая частица. Она и будет считаться черной дырой квантового типа.
Это будет тяжелейшая элементарная частица.
Если попали в черную дыру
Куда ведут черные дыры? Часто в фантастических фильмах показывают, как герои переносятся между измерениями black holes, используя как портал в черной дыре. Но она не обладает такими возможностями. После пересечения горизонта событий, в пространстве сильнейшего гравиполя объект начнет сплющиваться или растягиваться одновременно, до полного распада на атомы и слияния с сингулярностью, так что путешествия опасны и пока невозможны.
Белая дыра
Есть ли противоположность – «белая дыра»? Да, теоретически ее специфика будет состоять в невозможности проникновения за горизонт событий. Это сингулярность безмассового типа, внутри нет никакой материи, как и массы. О таких объектах начали говорить в 1970-е, но ни одного примера в обозримом космосе не обнаружено, это только теория.
Белые дыры должны, по идее, выбрасывать свет и не пропускать объекты свозь излучение. В реальности данное явление было бы невероятно ярким, сильнее любых звезд.
С течением времени такой объект из категории black holes должен стать звездой, испуская и накапливая энергию. Процесс бесконечной отдачи энергии без ее поддержания невозможен. Обычно сингулярность – следствие угасания звезд, а здесь она должна появиться сама. Такой спонтанный сценарий невероятен. Но намеки в космосе есть: гамма-всплески, необъяснимое явление, когда в космосе излучается огромное количество энергии.
Самая большая черная дыра
Наиболее масштабный объект такого типа на сегодняшний день известен, он зафиксирован в галактике S5 0014+81. Ему присвоена категория блазара и название FSRQ. Это ядро звездного скопления на расстоянии от Солнца в 12 млрд. световых лет. Вес – 40 млрд. солнц, диаметр тоже огромный – 0,026 св. лет. Возраст объекта – 12 млрд. лет, то есть он на 1,5 млрд. лет младше Вселенной.
Вот такое неоднозначное явление существует в нашей необъятной Вселенной. Теперь вы знаете, как образуется черная дыра. Она представляет собой один из сценариев будущего, когда начнут гаснуть все звезды – им предстоит превратиться в необозримое количество черных дыр.
Источник: cosmosvslennay.ru
Загадочная черная дыра – существует ли она на самом деле?
Практикующий журналист. Уже 6 лет в копирайтинге. Фокус на сексе и отношениях.
Эксперт — Маргарита Лопухова
Семейный психолог. Уже 8 лет спасаю «семейные ячейки» от распада. Помогаю парам вновь обрести любовь и взаимопонимание.
Черные дыры — одни из самых загадочных и захватывающих объектов во вселенной, оставляющих ученых и любознательных наблюдателей в трепетном ожидании исследований. Эти таинственные космические образования, описанные теоретически, вызывают вопросы о природе времени, пространства и самого существования. В этой статье мы изучим происхождение и характеристики черных дыр, чтобы попытаться раскрыть их тайны и выяснить, существуют ли они на самом деле.
Что такое черная дыра?
Черная дыра – это область космического пространства, где гравитационное притяжение настолько сильно, что ничто, даже свет, не может покинуть ее. Она представляет собой результат катастрофического коллапса звезды, при котором ее ядро сжимается до бесконечной плотности и образует особую точку – сингулярность. Вокруг сингулярности образуется гравитационное поле такой силы, что ничто не может преодолеть его и покинуть эту область.
Черные дыры могут образовываться в результате взрыва сверхновых звезд, а также слияния двух звезд или черных дыр. Они различных размеров, от нескольких сотен до нескольких миллионов раз массы Солнца.
Событийный горизонт – это граница черной дыры, которая определяет область, из которой ничто не может выбраться. Событийный горизонт обозначает точку, за которой гравитационное притяжение так велико, что даже свет не может двигаться в противоположную сторону.
Черные дыры не видимы непосредственно, так как свет и другие электромагнитные волны не могут покинуть их. Однако они могут влиять на окружающее пространство, оказывая гравитационное воздействие на близлежащие звезды и галактики.
Доказательства существования черных дыр
- Наблюдение гравитационного линзирования. Когда свет от далеких галактик проходит через области космического пространства с сильным гравитационным полем, таким как вокруг черных дыр, он искажается и исходит эффект гравитационного линзирования. Наблюдения гравитационного линзирования подтверждают наличие очень массивных объектов, которые искривляют свет, и это соответствует характеристикам черных дыр.
- Наблюдение двойных систем. Ученые наблюдают двойные системы, состоящие из черных дыр и звезды. Когда одна звезда становится черной дырой, она может продолжать существовать в двойной системе. Масса черной дыры оказывает влияние на движение ее спутника, что позволяет ученым определить ее массу и сделать вывод о существовании черной дыры.
- Обнаружение рентгеновского излучения. Черные дыры активно поглощают материю из окружающего пространства, образуя аккреционные диски. В этом процессе происходит выделение рентгеновского излучения, которое может быть зарегистрировано астрономическими обсерваториями. Обнаружение рентгеновского излучения с помощью рентгеновских телескопов является важным инструментом для обнаружения черных дыр и изучения их свойств.
- Измерения скоростей звезд. Наблюдения движения звезд в галактиках могут указывать на наличие очень компактных и массивных объектов, которые не видны непосредственно. Измерения скоростей звезд и их траекторий позволяют ученым предполагать наличие черных дыр в центрах галактик.
- Теоретические модели. Основанные на общей теории относительности Альберта Эйнштейна, существует множество теоретических моделей, предсказывающих возможность существования черных дыр. Эти модели соответствуют наблюдаемым явлениям и позволяют ученым более полно понимать природу черных дыр.
Исторические факты
- В начале XIX века французский ученый Симон Лаплас впервые предложил идею “светоносной зоны”, внутри которой гравитационное притяжение так сильно, что даже свет не может покинуть эту область. Это можно считать одной из первых теоретических предпосылок к появлению черных дыр.
- В 1915 году Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности, которая предполагала возможность существования черных дыр. Однако сам термин “черная дыра” был придуман позднее, в 1967 году астрофизиком Джоном Арчибальдом Уиллером.
Виды и свойства черных дыр
Черные дыры бывают различных типов, и каждый из них обладает уникальными свойствами. Вот некоторые из видов черных дыр и их особенности:
- Солнечные черные дыры. Это наименее массивные черные дыры, масса которых составляет примерно от 3 до 20 масс Солнца. Они образуются в результате коллапса звезд средней массы. Солнечные черные дыры имеют сравнительно небольшой радиус и не оказывают значительного влияния на окружающую среду.
- Средние черные дыры. Эти черные дыры имеют массу в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч масс Солнца. Они образуются в результате коллапса звезд крупной массы. Средние черные дыры могут оказывать существенное влияние на окружающие звезды и газ.
- Сверхмассивные черные дыры. Это самые массивные черные дыры, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды масс Солнца. Они образуются в центрах галактик в результате слияния других черных дыр и накопления массы за счет аккреции вещества. Сверхмассивные черные дыры оказывают огромное влияние на формирование и развитие галактик.
Среди свойств черных дыр можно выделить следующие:
- Событийный горизонт. Это граница черной дыры, за которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ничто, даже свет, не может покинуть черную дыру и вернуться обратно. Это означает, что все, что попадает за событийный горизонт, становится навсегда заключенным внутри черной дыры.
- Сингулярность. Внутри черной дыры находится сингулярность – точка, где гравитационное поле и плотность становятся бесконечными. Физические законы, которые мы знаем, перестают работать в таких условиях.
- Гравитационные волны. Черные дыры могут излучать гравитационные волны во время слияния или взаимодействия с другими черными дырами или нейтронными звездами. Это представляет собой очень слабые колебания кривизны пространства-времени, которые были обнаружены и изучаются астрономами.
- Аккреционные диски. Если черная дыра находится в двойной системе с другой звездой или облаком газа, материя может образовать аккреционный диск, вращающийся вокруг черной дыры. Это явление приводит к выделению рентгеновского излучения и других энергетических процессов.
Что будет, если попасть в черную дыру?
- Событийный горизонт. Как только ты пересечешь событийный горизонт черной дыры, уже не сможешь вернуться обратно. Событийный горизонт – это точка, за которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни свет, ни какая-либо другая материя не может покинуть черную дыру. Ты будешь навсегда заключен внутри нее.
- Сжатие и растяжение. Когда ты приблизишься к черной дыре, сила ее гравитационного притяжения будет растягивать твое тело в направлении черной дыры и сжимать в поперечном направлении. Этот процесс называется “спагеттификацией”, и он может быть крайне болезненным и разрушительным.
Документальные фильмы о черных дырах
- “Черные дыры: Ужас на краю вселенной” (Black Holes: The Edge of All We Know, 2020) – Фильм рассказывает об исследованиях черных дыр, проводимых учеными по всему миру, и о том, какие загадки представляют для нашего понимания космоса эти мистические объекты.
- “Черные дыры: Тайны научных теорий” (Black Holes: The Other Side of Infinity, 2006) – Этот документальный фильм проливает свет на научные теории о черных дырах, используя визуальные эффекты и компьютерную графику для наглядного объяснения сложных концепций.
- “Черные дыры: Достижения исследований” (Black Holes: The Reith Lectures, 2016) – Четыре лекции известного астронома Стивена Хокинга о черных дырах и их влиянии на космологию и наше понимание Вселенной.
- “Черные дыры: Путешествие в неизвестность” (Black Holes: Journey into the Unknown, 2018) – Фильм исследует историю изучения черных дыр и рассказывает о последних открытиях и исследованиях в этой области астрономии.
- “Черные дыры: Супермассивные монстры” (Black Holes: The Supermassive Monsters, 2019) – Фильм рассказывает о супермассивных черных дырах, находящихся в центрах галактик, и об их влиянии на эволюцию космоса.
Источник: intrigue.dating