> fekete lyukak
Mit fekete lyuk- magyarázat gyerekeknek: leírás fényképpel, hogyan lehet megtalálni az Univerzumot az űrben, hogyan jelennek meg, egy csillag halála, galaxisok szupermasszív fekete lyukai.
A legkisebb szülőknek vagy iskolában kell megmagyarázni hogy egy fekete lyukat üres helynek tekinteni durva hiba. Ellenkezőleg, hihetetlen mennyiségű anyag koncentrálódik benne, ami kis helyen zárva van. Nak nek magyarázat a gyerekeknek színesebb volt, képzeljük el, hogy veszünk egy 10-szer akkora csillagot, mint a Nap, és megpróbáljuk beilleszteni egy New York méretű területre. Az ilyen nyomás hatására a gravitációs tér azzá válik hatalmas erő hogy senki és még egy fénysugár sem menekülhet el. A technológia fejlődésével a NASA többet tud meg ezekről a titokzatos objektumokról.
Kezdeni magyarázat a gyerekeknek Ez abból adódik, hogy a „fekete lyuk” kifejezés 1967-ig nem létezett (John Wheeler vezette be). De ezt megelőzően több évszázadon keresztül furcsa tárgyak létezését emlegették, amelyek sűrűségük és tömegük miatt nem bocsátanak ki fényt. Még Albert Einstein is megjósolta ben általános elmélet relativitás. Bebizonyította, hogy amikor egy hatalmas csillag meghal, egy kicsi, sűrű mag marad. Ha a csillag háromszorosa a Nap tömegének, akkor a gravitáció legyőzi a többi erőt, és fekete lyukat kapunk.
Természetesen fontos magyarázza el a gyerekeknek hogy a kutatók nem tudják közvetlenül megfigyelni ezeket a jellemzőket (a teleszkópok csak fényt, röntgensugárzást és egyéb elektromágneses sugárzást találnak), így nem kell várni a fekete lyukról készült fotóra. De a környező tárgyakra gyakorolt hatásuk miatt kiszámíthatja a helyzetüket, és még a méretét is meghatározhatja. Például, ha áthalad egy csillagközi anyagfelhőn, akkor a folyamat során elkezdi vonni az anyagot befelé - akkréció. Ugyanez történik, ha egy csillag elhalad a közelben. Igaz, egy csillag is kipattanhat.
A vonzás pillanatában az anyag felmelegszik és felgyorsul, így röntgensugarakat bocsát ki az űrbe. A közelmúltban végzett felfedezések számos erőteljes gamma-kitörést észleltek, amelyek azt mutatják, hogy a lyuk hogyan nyeli fel a szomszédos csillagokat. Ezen a ponton egyesek növekedését serkentik, másokat megállítanak.
A legtöbb fekete lyuk haldokló nagy csillagok maradványaiból származik (szupernóva-robbanások). A kisebb csillagok sűrű neutroncsillagokká alakulnak, amelyeknek nincs tömege a fény megtartásához. Ha egy csillag tömege háromszor nagyobb, mint a Napé, akkor fekete lyuk jelöltté válik. Fontos magyarázza el a gyerekeknek egy furcsaság. Amikor egy csillag összeomlik, felszíne közelít egy képzeletbeli felülethez (eseményhorizonthoz). Az idő magán a csillagon lassabb lesz, mint a megfigyelőn. Amikor a felszín eléri az eseményhorizontot, az idő megáll, és a csillag már nem tud összeomlani – egy fagyott összeomló tárgy.
Csillagok ütközése után nagyobb fekete lyukak is megjelenhetnek. A 2004. decemberi kilövést követően a NASA teleszkópja képes volt érzékelni az erős, múló fényvillanásokat – gamma-sugarakat. Ezt követően Chandra és Hubble adatokat gyűjtött az eseményről, és rájött, hogy ezek a villanások egy fekete lyuk és egy neutroncsillag ütközésének következményei lehetnek, ami új fekete lyukat eredményez.
Bár az oktatás folyamatában gyermekekés szülők már kitaláltuk, de egy pillanat rejtély marad. Úgy tűnik, hogy a lyukak két különböző léptékben léteznek. Sok fekete lyuk van - hatalmas csillagok maradványai. Általában 10-24-szer nagyobb tömegűek, mint a Nap. A tudósok folyamatosan látják őket, ha egy idegen csillag kritikusan közeledik. A legtöbb fekete lyuk azonban elszigetelten létezik, és egyszerűen nem látható. Ha azonban azon csillagok számából ítélve, amelyek elég nagyok ahhoz, hogy egy fekete lyuk jelöltté váljanak, akkor tízmillió milliárd ilyen fekete lyuknak kellene lennie a Tejútrendszerben.
Vannak szupermasszív fekete lyukak is, amelyek egymilliószor vagy akár egymilliárdszor nagyobbak Napunknál. Úgy tartják, hogy az ilyen szörnyek szinte minden nagy galaxis központjában élnek (beleértve a miénket is).
A kicsiknekérdekes lesz tudni, mit hosszú ideje A tudósok úgy vélték, hogy a fekete lyukaknak nincs átlagos mérete. De a Chandra, az XMM-Newton és a Hubble adatai azt mutatják, hogy igen.
Talán szupermasszív fekete lyukak jelennek meg egy láncreakció miatt, amelyet a kompakt halmazokban lévő csillagok ütközése okoz. Emiatt sok hatalmas csillag halmozódik fel, amelyek összeomlanak és fekete lyukakat képeznek. Ezek a klaszterek aztán elfoglalják a galaktikus központot, ahol a fekete lyukak egyesülnek, és szupermasszív képviselővé alakulnak.
Már akkor megérthetted, hogy nem fogod tudni megcsodálni a benne lévő fekete lyukat jó minőség online, mert ezek a tárgyak nem bocsátanak ki fényt. De érdekes lesz a gyerekek számára, hogy tanulmányozzák a fekete lyukak és a közönséges anyagok érintkezése alapján készített fényképeket és diagramokat.
| Űrobjektumok |
Mik azok a fekete lyukak?
Gyermekek Gondolod, hogy valaha is láthattad a vákuum hatást a szobádban? Amikor csinálsz valamit, nagyon figyeld, mert láthatod, hogy a kosz és a morzsák a porszívó felé haladnak. A fekete lyuk olyan, mint egy porszívó, de csak az űrben. Azonban nem az erős szívás okozza, hogy a dolgok a fekete lyukba esnek. A szívóerő nem lesz elég erős. Ehelyett a fekete lyuk a gravitációt használja, hogy mindent meghúzzon.
Ha egy nagy csillagnak kifogy az üzemanyaga, már nem bírja el a súlyát. A hatalmas hidrogénrétegekből származó nyomás hatására a csillag egyre kevésbé zsugorodik. Végül a csillag kisebb lesz, mint egy atom. Képzeljétek el egy pillanatra, gyerekek, hogy az egész csillag egy atomnál kisebb pontba zúzott.
Valójában minden nagyon egyszerű. Vigyen a gyerekeknek egy üveg nagyságú szivacsot, könnyen összetörheti a kezében. De itt van egy érdekes pont. Ha valami kisebbet csinálsz úgy, hogy összenyomod, akkor a gravitációja erősebb lesz. Képzeljétek el gyerekek, ha egy csillagot atom méretűvé tömörítenek, milyen erős lesz a gravitációja?
A fekete lyuk gravitációja olyan erős, hogy mindent elnyel, még a túl közel eső fényt is. Igaz, még a fény sem tud kiszabadulni a fekete lyukból.
A fekete lyukak három fő részből állnak. A fekete lyuk külső rétegét külső eseményhorizontnak nevezzük. A külső eseményhorizonton belül még mindig megmenekülhet a fekete lyuk gravitációja elől, mert a gravitáció itt nem olyan erős. A fekete lyuk középső rétegét belső eseményhorizontnak nevezzük. Ha nem kerültétek el a fekete lyuk gravitációját, mielőtt beléptek a belső eseményhorizontba, akkor ti gyerekek elszalasztottátok a lehetőséget. Ebben a rétegben a gravitáció sokkal erősebb, és nem engedi el az általa megragadott tárgyakat. Ezen a ponton elkezd zuhanni a fekete lyuk közepe felé. A fekete lyuk középpontját szingularitásnak nevezzük. Ez a furcsa szó összetört csillagot jelent. A szingularitás az, ahol a fekete lyuk gravitációja a legerősebb.
Gondolj a Földre. Ha túl közel kerülsz a Földhöz, akkor a gravitációjával ütközöl. A Földön ismét az űrbe repülhetsz egy rakétával. Azonban, ha beleestek egy fekete lyukba, nincs módja annak, hogy kijussatok belőle, mert a gravitáció olyan erős.
Az űrkutatásról szóló népszerű tudományos filmek iránti érdeklődés viszonylag közelmúltban megnövekedett érdeklődése miatt a modern nézők sokat hallottak olyan jelenségekről, mint a szingularitás vagy a fekete lyuk. A filmek azonban nyilvánvalóan nem fedik fel e jelenségek teljes természetét, sőt néha el is torzítják a megkonstruált tudományos elméletek a nagyobb hatékonyság érdekében. Emiatt a bemutatása sok modern emberek ezekről a jelenségekről vagy teljesen felületesen, vagy teljesen tévesen. A felmerült probléma egyik megoldása ez a cikk, amelyben megpróbáljuk megérteni a meglévő kutatási eredményeket, és megválaszolni a kérdést - mi a fekete lyuk?
1784-ben John Michell angol pap és természettudós a Királyi Társaságnak írt levelében említett először egy feltételezett masszív testet, amelynek olyan erős gravitációs vonzása van, hogy a második kozmikus sebessége meghaladná a fénysebességet. A második kozmikus sebesség az a sebesség, amelyre egy viszonylag kis objektumnak szüksége lesz ahhoz, hogy legyőzze egy égitest gravitációs vonzerejét, és túllépjen a test körüli zárt pálya határain. Számításai szerint a Nap sűrűségű és 500 napsugár sugarú testnek egy másodperc kozmikus sebesség egyenlő a fénysebességgel. Ebben az esetben még a fény sem hagyja el egy ilyen test felületét, és ezért ez a test csak elnyeli a beérkező fényt, és láthatatlan marad a megfigyelő számára - egyfajta fekete folt a sötét tér hátterében.
A Michell által javasolt szupermasszív test koncepciója azonban egészen Einstein munkásságáig nem keltett nagy érdeklődést. Emlékezzünk vissza, hogy ez utóbbi a fénysebességet az információátvitel határsebességeként határozta meg. Ezenkívül Einstein kiterjesztette a gravitáció elméletét a fénysebességhez közeli sebességekre (). Ennek eredményeként már nem volt releváns a newtoni elmélet alkalmazása a fekete lyukakra.
Az általános relativitáselmélet fekete lyukakra való alkalmazása és az Einstein-egyenletek megoldása eredményeként kiderült a fekete lyuk fő paraméterei, amelyekből csak három van: a tömeg, az elektromos töltés és a szögimpulzus. Meg kell jegyezni Subramanjan Chandrasekhar indiai asztrofizikus jelentős hozzájárulását, aki megalkotta egy alapvető monográfiát: "A fekete lyukak matematikai elmélete".
Így az Einstein-egyenletek megoldását négy lehetőség képviseli a fekete lyukak négy lehetséges típusára:
Számos elmélet létezik a fekete lyuk kialakulásáról és megjelenéséről, amelyek közül a leghíresebb egy kellő tömegű csillag megjelenése gravitációs összeomlás következtében. Az ilyen tömörítés véget vethet a háromnál nagyobb naptömegű csillagok fejlődésének. Az ilyen csillagokban a termonukleáris reakciók befejeződése után gyorsan szupersűrűvé zsugorodnak. Ha egy neutroncsillag gázának nyomása nem tudja kompenzálni a gravitációs erőket, vagyis a csillag tömege legyőzi az ún. Oppenheimer-Volkov határt, majd az összeomlás folytatódik, aminek következtében az anyag fekete lyukká zsugorodik.
A második forgatókönyv, amely a fekete lyuk születését írja le, a protogalaktikus gáz összenyomódása, vagyis egy olyan csillagközi gáz, amely galaxissá vagy valamilyen halmazsá alakul át. Abban az esetben, ha a belső nyomás nem elegendő az azonos gravitációs erők kompenzálásához, fekete lyuk keletkezhet.
Két másik forgatókönyv továbbra is hipotetikus:
A Schwarzschild szerint a fekete lyuk szerkezete mindössze két korábban említett elemet tartalmaz: a szingularitást és a fekete lyuk eseményhorizontját. A szingularitásról röviden szólva megállapítható, hogy nem lehet rajta egyenes vonalat húzni, és az is, hogy a létező fizikai elméletek többsége nem működik benne. Így a szingularitás fizikája ma is rejtély marad a tudósok számára. A fekete lyuk egy bizonyos határ, amelyet átlépve a fizikai objektum elveszíti azt a képességét, hogy visszatérjen határain túlra, és egyértelműen a fekete lyuk szingularitásába „esik”.
A fekete lyuk szerkezete némileg bonyolultabbá válik a Kerr-megoldás esetén, nevezetesen BH-forgás jelenlétében. Kerr megoldása azt jelenti, hogy a lyuknak van ergoszférája. Ergoszféra - az eseményhorizonton kívül található bizonyos terület, amelyen belül minden test a fekete lyuk forgási irányába mozog. Ez a terület még nem izgalmas, és az eseményhorizonttal ellentétben el lehet hagyni. Az ergoszféra valószínűleg az akkréciós korong egyfajta analógja, amely egy forgó anyagot jelent a hatalmas testek körül. Ha egy statikus Schwarzschild fekete lyukat fekete gömbként ábrázolunk, akkor a Kerry fekete lyuk az ergoszféra jelenléte miatt lapos ellipszoid alakú, aminek formájában gyakran láttunk fekete lyukakat rajzokon, a régiekben. filmek vagy videojátékok.
Egy másik kérdés aggasztja mind a tudósokat, mind az asztrofizikát kedvelőket – miből áll a fekete lyuk? Erre a kérdésre nincs egységes válasz, hiszen nem lehet a fekete lyukat körülvevő eseményhorizont mögé nézni. Ezen túlmenően, mint korábban említettük, a fekete lyuk elméleti modelljei mindössze 3 összetevőt tartalmaznak: az ergoszférát, az eseményhorizontot és a szingularitást. Logikus feltételezni, hogy az ergoszférában csak azok a tárgyak vannak, amelyeket a fekete lyuk vonzott, és amelyek most körülötte keringenek - különféle kozmikus testek és kozmikus gázok. Az eseményhorizont csak egy vékony implicit határ, amelyen túllépve ugyanazok a kozmikus testek visszavonhatatlanul vonzódnak a fekete lyuk utolsó fő összetevője, a szingularitás felé. A szingularitás természetét ma még nem vizsgálták, összetételéről még korai beszélni.
Egyes feltételezések szerint a fekete lyuk neutronokból állhat. Ha követjük a fekete lyuk létrejöttének forgatókönyvét egy csillag neutroncsillaggá való összenyomódása és az azt követő kompresszió eredményeként, akkor valószínűleg a fekete lyuk nagy része neutronokból áll, amelyek közül a neutroncsillag maga áll. Egyszerű szavakkal: Amikor egy csillag összeomlik, az atomjai úgy összenyomódnak, hogy az elektronok protonokkal egyesülnek, ezáltal neutronok keletkeznek. Ilyen reakció valóban lezajlik a természetben, neutron keletkezésével neutrínó kibocsátás következik be. Ezek azonban csak találgatások.
Az asztrofizikai fekete lyukba esés a test megnyúlásához vezet. Gondoljunk csak egy feltételezett öngyilkos űrhajósra, aki egy fekete lyukba tart, és nem visel mást, csak űrruhát, lábbal előre. Az eseményhorizontot átlépve az űrhajós semmilyen változást nem észlel, annak ellenére, hogy már nincs lehetősége visszajutni. Egy ponton az űrhajós elér egy pontot (kissé az eseményhorizont mögött), ahol testének deformációja elkezdődik. Mivel a fekete lyuk gravitációs tere nem egyenletes, és a középpont felé növekvő erőgradiens képviseli, az űrhajós lábait észrevehetően nagyobb gravitációs hatás éri, mint például a fejét. Ekkor a gravitáció, vagy inkább az árapály-erők hatására a lábak gyorsabban „esnek”. Így a test hosszában fokozatosan nyúlni kezd. Ennek a jelenségnek a leírására az asztrofizikusok egy meglehetősen kreatív kifejezést találtak ki - a spagettiképzést. A test további nyújtása valószínűleg atomokra bontja, amelyek előbb-utóbb szingularitást érnek el. Csak találgatni lehet, hogyan fogja érezni magát az ember ebben a helyzetben. Érdemes megjegyezni, hogy a test nyújtásának hatása fordítottan arányos a fekete lyuk tömegével. Vagyis, ha egy három Nap tömegű BH azonnal kinyújtja/töri a testet, akkor a szupermasszív fekete lyuknak kisebb lesz az árapály ereje, és vannak olyan javaslatok, hogy egyes fizikai anyagok képesek „elviselni” ezt a deformációt anélkül, hogy elveszítenék szerkezetüket.
Mint tudják, a hatalmas objektumok közelében az idő lassabban telik, ami azt jelenti, hogy az öngyilkos űrhajósok ideje sokkal lassabban telik, mint a földlakóké. Ebben az esetben talán nem csak a barátait fogja túlélni, hanem magát a Földet is. Számításokra lesz szükség annak meghatározásához, hogy mennyi idő lassul le egy űrhajós számára, de a fentiekből feltételezhető, hogy az űrhajós nagyon lassan esik a fekete lyukba, és egyszerűen nem éli meg azt a pillanatot, amikor teste deformálódni kezd. .
Figyelemre méltó, hogy egy külső szemlélő számára minden test, amely felrepült az eseményhorizontba, ennek a horizontnak a szélén marad mindaddig, amíg a képe el nem tűnik. Ennek a jelenségnek az oka a gravitációs vöröseltolódás. Némileg leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy az eseményhorizontba "fagyott" öngyilkos űrhajós testére eső fény a lelassult ideje miatt frekvenciáját megváltoztatja. Ahogy az idő lassabban telik, a fény frekvenciája csökken, a hullámhossz pedig nő. Ennek a jelenségnek a következtében a kimeneten, azaz külső szemlélő számára a fény fokozatosan az alacsony frekvenciájú - piros felé tolódik. A spektrum mentén fényeltolódás fog bekövetkezni, ahogy az öngyilkos űrhajós, bár szinte észrevétlenül, egyre távolabb kerül a megfigyelőtől, és az ideje is egyre lassabban telik. Így a teste által visszavert fény hamarosan túlmutat a látható spektrumon (el fog tűnni a kép), és a jövőben az űrhajós testét csak a területen lehet megfogni. infravörös sugárzás, később - a rádiófrekvenciában, és ennek eredményeként a sugárzás teljesen megfoghatatlan lesz.
A fent leírtak ellenére feltételezik, hogy a nagyon nagy, szupermasszív fekete lyukakban az árapály-erők nem változnak annyira a távolsággal, és szinte egyenletesen hatnak a zuhanó testre. Ebben az esetben az esés űrhajó megtartaná szerkezetét. Felmerül egy ésszerű kérdés – hová vezet a fekete lyuk? Erre a kérdésre néhány tudós munkája ad választ, két olyan jelenséget összekapcsolva, mint a féreglyukak és a fekete lyukak.
Még 1935-ben Albert Einstein és Nathan Rosen ezt figyelembe véve hipotézist állított fel az úgynevezett féreglyukak létezéséről, amelyek a téridő két pontját összekötik az utóbbi jelentős görbületű helyein - az Einstein-Rosen hídon. vagy féreglyuk. A tér ilyen erőteljes görbületéhez óriási tömegű testekre lesz szükség, amelyek szerepével a fekete lyukak tökéletesen megbirkóznának.
Az Einstein-Rosen hidat áthatolhatatlan féreglyuknak tartják, mivel kicsi és instabil.
Egy átjárható féreglyuk lehetséges a fekete-fehér lyukak elméletén belül. Ahol a fehér lyuk a fekete lyukba esett információ kimenete. A fehér lyukat az általános relativitáselmélet keretében írják le, de ma hipotetikus marad, és nem fedezték fel. Kip Thorne amerikai tudósok és végzős hallgatója, Mike Morris egy másik modellt javasoltak a féreglyukról, amely alkalmas lehet. Csakúgy, mint a Morris-Thorn féreglyuk, valamint a fekete-fehér lyukak esetében, az utazás lehetőségéhez szükség van az úgynevezett egzotikus anyag meglétére, amely negatív energiájú, és szintén hipotetikus marad.
A fekete lyukak létezését viszonylag nemrégiben (2015 szeptemberében) erősítették meg, de ezt megelőzően már rengeteg elméleti anyag állt rendelkezésre a fekete lyukak természetéről, valamint számos tárgyjelölt a fekete lyuk szerepére. Először is figyelembe kell venni a fekete lyuk méreteit, mivel a jelenség természete tőlük függ:
A legközelebbi fekete lyuk, vagy inkább a fekete lyuk szerepére jelölt objektum (V616 Unicorn), amely 3000 fényévnyi távolságra található a Naptól (galaxisunkban). Két összetevőből áll: egy csillagból, amelynek tömege fele a naptömegnek, valamint egy láthatatlan kis testből, amelynek tömege 3-5 naptömeg. Ha ez az objektum egy kis csillagtömegű fekete lyuknak bizonyul, akkor jobbra ez lesz a legközelebbi fekete lyuk.
Ezt az objektumot követően a második legközelebbi fekete lyuk a Cyg X-1 (Cyg X-1), amely az első jelölt volt a fekete lyuk szerepére. A távolság hozzávetőlegesen 6070 fényév. Elég jól tanulmányozott: tömege 14,8 naptömeg, eseményhorizont sugara pedig körülbelül 26 km.
Egyes források szerint a fekete lyuk szerepének másik legközelebbi jelöltje egy test lehet csillagrendszer A V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) 1999-ben a becslések szerint 1600 fényévre van. A későbbi vizsgálatok azonban ezt a távolságot legalább 15-szörösére növelték.
Erre a kérdésre nincs pontos válasz, mivel meglehetősen nehéz megfigyelni őket, és az égbolt teljes tanulmányozása során a tudósoknak körülbelül egy tucat fekete lyukat sikerült kimutatniuk. Tejút. Anélkül, hogy belemerülnénk a számításokba, megjegyezzük, hogy galaxisunkban körülbelül 100-400 milliárd csillag van, és körülbelül minden ezredik csillag elegendő tömegű fekete lyuk kialakulásához. Valószínűleg több millió fekete lyuk keletkezhetett a Tejútrendszer fennállása alatt. Mivel a hatalmas fekete lyukakat könnyebb regisztrálni, logikus az a feltételezés, hogy galaxisunkban a legtöbb BH nem szupermasszív. Figyelemre méltó, hogy a NASA 2005-ös kutatása egy egész fekete lyukraj (10-20 ezer) jelenlétére utal a galaxis középpontja körül. Ezenkívül 2016-ban japán asztrofizikusok egy hatalmas műholdat fedeztek fel az objektum közelében * - egy fekete lyukat, a Tejútrendszer magját. A test kis sugara (0,15 fényév), valamint hatalmas tömege (100 000 naptömeg) miatt a tudósok azt sugallják, hogy ez az objektum egy szupermasszív fekete lyuk is.
Galaxisunk magja, a Tejútrendszer fekete lyuka (Sagittarius A *, Sgr A * vagy Sagittarius A *) szupermasszív, tömege 4,31 10 6 naptömeg, sugara pedig 0,00071 fényév (6,25 fényóra). vagy 6,75 milliárd km). A Sagittarius A* hőmérséklete a körülötte lévő klaszterrel együtt körülbelül 1 10 7 K.
A legnagyobb fekete lyuk az univerzumban, amelyet a tudósok észlelni tudtak, egy szupermasszív fekete lyuk, az FSRQ blazár, amely az S5 0014+81 galaxis közepén található, 1,2·10 10 fényévnyi távolságra a Földtől. Az előzetes megfigyelési eredmények szerint a Swift űrobszervatórium segítségével a fekete lyuk tömege 40 milliárd (40 10 9) naptömeg volt, az ilyen lyuk Schwarzschild-sugara pedig 118,35 milliárd kilométer (0,013 fényév). Ráadásul a számítások szerint 12,1 milliárd évvel ezelőtt keletkezett (1,6 milliárd évvel az ősrobbanás után). Ha ez az óriási fekete lyuk nem szívja magába az őt körülvevő anyagot, akkor meg fogja élni a fekete lyukak korszakát - az Univerzum fejlődésének egyik korszakát, amely során a fekete lyukak dominálnak benne. Ha az S5 0014+81 galaxis magja tovább növekszik, akkor ez lesz az egyik utolsó fekete lyuk, amely létezni fog az univerzumban.
A másik két ismert fekete lyuk, bár nem nevezték el, megvan legmagasabb érték fekete lyukak tanulmányozására, mivel kísérletileg igazolták létezésüket, és adtak is fontos eredményeket a gravitáció tanulmányozására. A GW150914 eseményről beszélünk, amelyet két fekete lyuk ütközésének neveznek. Ez az esemény lehetővé tette a regisztrációt.
Mielőtt megvizsgálnánk a fekete lyukak kimutatására szolgáló módszereket, meg kell válaszolni a kérdést: miért fekete a fekete lyuk? - a válasz nem igényel mély asztrofizikai és kozmológiai ismereteket. A helyzet az, hogy egy fekete lyuk elnyeli az összes ráeső sugárzást, és egyáltalán nem sugárzik, ha nem vesszük figyelembe a hipotetikust. Ha részletesebben megvizsgáljuk ezt a jelenséget, akkor feltételezhetjük, hogy a fekete lyukak belsejében nincsenek olyan folyamatok, amelyek elektromágneses sugárzás formájában energia felszabadulásához vezetnének. Aztán ha a fekete lyuk kisugárzik, akkor a Hawking-spektrumban van (ami egybeesik egy fűtött, abszolút fekete test spektrumával). Azonban, mint korábban említettük, ezt a sugárzást nem észlelték, ami a fekete lyukak teljesen alacsony hőmérsékletére utal.
Egy másik széles körben elfogadott elmélet az elektromágneses sugárzásés egyáltalán nem képes elhagyni az eseményhorizontot. Valószínűleg a fotonokat (fényrészecskéket) nem vonzzák a tömeges tárgyak, mivel az elmélet szerint maguknak nincs tömegük. A fekete lyuk azonban továbbra is "vonzza" a fény fotonjait a téridő torzítása révén. Ha egy fekete lyukat a térben egyfajta mélyedésként képzelünk el a téridő sima felületén, akkor a fekete lyuk középpontjától van egy bizonyos távolság, amelyhez közeledve a fény már nem tud eltávolodni tőle. . Vagyis durván fogalmazva a fény elkezd "beesni" a "gödörbe", aminek még "fenéke" sincs.
Ezen túlmenően, ha figyelembe vesszük a gravitációs vöröseltolódás hatását, lehetséges, hogy a fekete lyukban lévő fény elveszti frekvenciáját, a spektrum mentén eltolódik az alacsony frekvenciájú hosszúhullámú sugárzás tartományába, amíg teljesen elveszíti az energiáját.
Tehát a fekete lyuk fekete, ezért nehezen észlelhető az űrben.
Fontolja meg azokat a módszereket, amelyeket a csillagászok használnak a fekete lyukak észlelésére:
A fent említett módszerek mellett a tudósok gyakran társítanak olyan tárgyakat, mint a fekete lyukak és. A kvazárok kozmikus testek és gázok halmazai, amelyek az Univerzum legfényesebb csillagászati objektumai közé tartoznak. Mivel viszonylag kis méretben nagy a lumineszcencia intenzitásuk, okkal feltételezhető, hogy ezeknek az objektumoknak a központja egy szupermasszív fekete lyuk, amely magához vonzza a környező anyagot. Egy ilyen erős gravitációs vonzás következtében a vonzott anyag annyira felmelegszik, hogy intenzíven sugárzik. Az ilyen objektumok észlelését általában egy fekete lyuk észlelésével hasonlítják össze. Néha a kvazárok felmelegített plazma sugarakat bocsáthatnak ki két irányba - relativisztikus sugarak. Az ilyen sugarak (jet) megjelenésének okai nem teljesen tisztázottak, de valószínűleg a BH és az akkréciós korong mágneses mezőinek kölcsönhatása okozza őket, és nem közvetlen fekete lyuk bocsátja ki őket.
Egy sugár az M87 galaxisban egy fekete lyuk közepéből csapódik be
Összegezve a fentieket, közelről elképzelhető: egy gömb alakú fekete tárgy, amely körül erősen felhevült anyag forog, fényes akkréciós korongot alkotva.
Az asztrofizika egyik legérdekesebb jelensége a fekete lyukak ütközése, amely lehetővé teszi az ilyen hatalmas csillagászati testek észlelését is. Az ilyen folyamatok nem csak az asztrofizikusokat érdeklik, mivel a fizikusok által kevéssé vizsgált jelenségeket eredményeznek. A legfényesebb példa a korábban említett GW150914 nevű esemény, amikor két fekete lyuk annyira közeledett, hogy a kölcsönös gravitációs vonzás hatására eggyé olvadtak. Ennek az ütközésnek egy fontos következménye volt a gravitációs hullámok megjelenése.
A gravitációs hullámok definíciója szerint ezek a gravitációs tér változásai, amelyek hullámszerűen terjednek a masszív mozgó tárgyakról. Amikor két ilyen tárgy közeledik egymáshoz, elkezdenek forogni egy közös súlypont körül. Ahogy közelednek egymáshoz, a saját tengelyük körüli forgásuk növekszik. A gravitációs tér ilyen változó oszcillációi egy bizonyos ponton egyetlen erőteljes gravitációs hullámot alkothatnak, amely több millió fényévig terjedhet az űrben. Tehát 1,3 milliárd fényév távolságban két fekete lyuk ütközése történt, amelyek egy erőteljes gravitációs hullámot képeztek, amely 2015. szeptember 14-én érte el a Földet, és amelyet a LIGO és a VIRGO detektorok rögzítettek.
Nyilvánvalóan ahhoz, hogy egy fekete lyuk megszűnjön létezni, teljes tömegét el kell veszítenie. Definíciója szerint azonban semmi sem hagyhatja el a fekete lyukat, ha az átlépte az eseményhorizontját. Ismeretes, hogy Vlagyimir Gribov szovjet elméleti fizikus először említette meg a fekete lyuk általi részecskék kibocsátásának lehetőségét egy másik szovjet tudóssal, Jakov Zeldovicsszal folytatott beszélgetésében. Azzal érvelt, hogy a kvantummechanika szempontjából egy fekete lyuk alagúthatáson keresztül képes részecskéket kibocsátani. Később a kvantummechanika segítségével felépítette saját, némileg eltérő elméletét, Stephen Hawking angol elméleti fizikus. Erről a jelenségről bővebben olvashat. Röviden: léteznek úgynevezett virtuális részecskék a vákuumban, amelyek folyamatosan párban születnek és megsemmisítik egymást, miközben nem lépnek kölcsönhatásba a külvilággal. De ha ilyen párok jönnek létre a fekete lyuk eseményhorizontjában, akkor az erős gravitáció elméletileg képes szétválasztani őket, az egyik részecske a fekete lyukba esik, a másik pedig eltávolodik a fekete lyukból. És mivel egy lyukból elrepült részecske megfigyelhető, és ezért pozitív energiája van, a lyukba esett részecskének negatív energiával kell rendelkeznie. Így a fekete lyuk elveszti az energiáját, és létrejön a fekete lyuk párolgása nevű hatás.
A fekete lyuk rendelkezésre álló modelljei szerint, mint korábban említettük, tömegének csökkenésével a sugárzása intenzívebbé válik. Aztán a fekete lyuk létezésének végső szakaszában, amikor kvantumfekete lyuk méretére csökkenhet, hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel sugárzás formájában, amely több ezer vagy akár több ezernek is megfelelő lehet. milliónyi atombomba. Ez az esemény némileg egy fekete lyuk robbanására emlékeztet, mint ugyanaz a bomba. Számítások szerint ősfekete lyukak születhettek az Ősrobbanás következtében, és ezek közül azoknak, amelyek tömege 10 12 kg nagyságrendű, korunk körül el kellett volna párologniuk és felrobbanniuk. Bárhogy is legyen, ilyen robbanásokat még soha nem láttak a csillagászok.
A Hawking által a fekete lyukak elpusztítására javasolt mechanizmus ellenére a Hawking-sugárzás tulajdonságai paradoxont okoznak a kvantummechanika keretében. Ha egy fekete lyuk elnyel valamilyen testet, majd elveszíti a test elnyelődéséből származó tömeget, akkor a test természetétől függetlenül a fekete lyuk nem fog különbözni attól, ami a test elnyelődése előtt volt. Ebben az esetben a testtel kapcsolatos információk örökre elvesznek. Az elméleti számítások szempontjából az eredeti átalakítása tiszta állapot a kapott vegyesbe („termikus”) nem felel meg a kvantummechanika jelenlegi elméletének. Ezt a paradoxont néha az információ eltűnésének is nevezik egy fekete lyukban. Erre a paradoxonra soha nem találtak igazi megoldást. Ismert változatok megoldások a paradoxonra:
A korábban leírtak alapján a fekete lyukak, bár viszonylag hosszú ideje tanulmányozták őket, még mindig számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek mechanizmusait a tudósok még mindig nem ismerik.
Összegezve a fentieket, a fekete lyukak természetének több érdekes és szokatlan vonását emelhetjük ki:
39. szám
Egy új csillagászati videóórán a professzor arról fog beszélni, hogyan keletkeznek a fekete lyukak, és miért veszélyesek.
A fekete lyukakat nem lehet megérinteni, és nem lehet rajtuk járni. A fekete lyukakat téridő-területeknek nevezzük, amelyek szupererős vonzerőt alkotnak. A gravitáció meghajlítja a teret és az időt, ami azt jelenti, hogy belül fekete lyuk nincsenek egyenes vonalak, a tér gyűrött, összefonódott. Ha egy fekete lyuk mellett csillag keletkezik, akkor a fekete lyuk gravitációs ereje széttépi a csillagot, és eltűnik a lyuk belsejében. Ha valami beleesik a fekete lyukba, az örökre ott marad. A fekete lyuk erőteljes vonzásának leküzdéséhez a fénysebességnél nagyobb sebességet kell kifejleszteni, de ez sajnos lehetetlen. A tudósok nem tudják pontosan, hogyan alakulnak ki a szupermasszív fekete lyukak, de a közönséges fekete lyukakkal minden többé-kevésbé világos. A csillag evolúciója során a hidrogén fokozatosan kiég, ennek megfelelően mennyisége csökken, ami ahhoz vezet, hogy a fénynyomás ereje elkezdi meghaladni a gravitációs összenyomás erejét. A csillag nagymértékben megnövekszik, és vörös óriássá válik, amely ezt követően felrobban. A robbanás után elkezdődik a kompresszió, majd a csillag lehűl, és nem válik közvetlenül láthatóvá. De ha a vörös óriás maradványának tömege 2-2,5-szeresen meghaladja a nap tömegét, akkor a kompressziója nem állhat meg, mivel gravitációs erő teljesen elnyomja a nyomással szembeni ellenállást, ennek eredményeként ez a maradék egy sűrű apró testté préselődik, mintha önmagában zárna. És a gravitációs összeomlásnak (kompressziónak) ebben a pillanatában keletkeznek fekete lyukak. Ennek eredményeként kiderül, hogy a tömeg olyan kis területen koncentrálódik, hogy még a fénysebesség sem elég ahhoz, hogy elhagyja a közelét. Ezért a név első része fekete, mivel még a fényt is képes elnyelni. A második rész - egy lyuk - azt jelenti, hogy minden, ami a fekete lyuk tartományába esik, örökre elérhetetlenné válik a megfigyelés számára.
A gravitációs vonzás része, mielőtt bármit is látna. A tudósok elvégezték az összes számítást a legegyszerűbb gömbszimmetrikusra fekete lyukakat, amelynek sugara megegyezik a Schwarzschild-sugárral. fekete lyukakat, amelyek a csillagok összeomlása során keletkeztek, összetettebb jellemzőkkel bírnak. Ahogy azonban a szerzők megjegyzik, idővel egyre inkább...
https://www.site/journal/117634
Azaz kb 1,6x10-35 méter. A számítások azt mutatják, hogy a kialakulását mikroszkopikus fekete lyukakat. Emlékezz erre szerint modern ötletek, az ilyen tárgyak élettartama rendkívül rövid - elpárolognak ... Hawking. A kutatók azonban kimutatták, hogy hipotézisük szerint fekete lyukakat valamilyen stabil állapotban lehet. A számítások azt mutatják, hogy ilyen fekete lyukakat hasonló tulajdonságokkal rendelkezik majd elemi részecskék. Különösen, ...
https://www.site/journal/118249
Az Amerikai Csillagászati Társaság ülésén elhangzott. A csillagászok úgy vélik, hogy néhány szupermasszív fekete lyukakat, amely legalább kétszer, de talán négyben található a szomszédos galaxisokban... A felfedezés megváltoztathatja azt az elképzelést, hogyan alakulnak ki először a galaxisok, és milyen szerepet töltenek be az univerzumban fekete lyukakat. A múlt hónap végén egy kutatócsoport Andrew Fabian vezetésével, Cambridge-i Egyetem...
https://www.site/journal/118608
Érje el a 400 000 fényévet. A kutatók szerint a galaxisok összes vasának 10-20 százaléka szállítható egyik helyről a másikra. fekete lyukakat. Ezenkívül a tudósok azt találták, hogy egy kompakt tárgy kibocsátása a környezet kialakulásához vezet lyuk kolosszális üregek gáza. Némelyikük mérete eléri a 670 ezer fényévet. Főleg tanuláshoz...
https://www.site/journal/120495
Jelenleg az Egyesült Államokban dolgoznak, és javaslatot tettek egy olyan eszköz létrehozására, amelynek tulajdonságai hasonlóak lesznek fekete lyukakat. Egy ilyen eszköznek hengeres szerkezeten, héjon és héjon kell alapulnia belső rész amelyek különböznek egymástól... felszívódik. A szerzők új Munka megvalósította az orosz tudósok ötletét a gyakorlatban. Mikrohullámú sütő létrehozásához fekete lyukakat A kutatók metaanyagokat használtak - olyan speciális anyagokat, amelyek kifejezetten meghajlítják a rajtuk áthaladó utakat ...
https://www.site/journal/121214
Hajlítani, spirálisan haladva a középpontja felé - ugyanúgy fekete lyukakat, bár teljesen más okokból. Ha egy fekete lyuk kolosszális vonzási erejének köszönhetően működik, egy Narimanov és Kildishev által feltalált eszköz, ... (Tie Jun Cui) és Qiang Cheng valósággá tették, létrehozva egy ilyen szimulált „ fekete lyuk képes felfogni és elnyelni a mikrohullámú sugárzást. Az eszköz egy henger, amely 60 gyűrű alakú porózus metaanyag rétegből áll...
https://www.site/journal/121533
A J0005-0006 és a J0303-0019 röviddel az ősrobbanás után alakult ki, és meghatározta tömegüket fekete lyukakat. Minél több felhevült por van a kvazárban, annál nagyobb a tömeg fekete lyukakat(sok "eledel" van a növekedéshez). Tömegek fekete lyukakat A J0005-0006 és a J0303-0019 voltak a legkisebb ismert kvazárok a fiatal univerzumban. Nemrég...
https://www.site/journal/124842
Einstein-Rosen. Ezek az objektumok feltételezett összekötő alagutak különböző régiókban tér. Poplavszkij úgy véli, hogy a féreglyuk másik vége fekete lyukakat fehérhez kapcsolódik lyuk(antipód fekete lyukakat Egy térrégió, ahová semmi sem léphet be. Ugyanakkor a féreglyukon belül olyan feltételek jönnek létre, amelyek egy táguló univerzumhoz hasonlítanak, hasonlóak ahhoz, amit megfigyelünk ...
