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Che cosa buco nero- una spiegazione per i bambini: una descrizione con una foto, come trovare l'Universo nello spazio, come appaiono, la morte di una stella, i buchi neri supermassicci delle galassie.
Per i genitori più piccoli o a scuola dovere spiegare che percepire un buco nero come un luogo vuoto è un grave errore. Al contrario, vi è concentrata un'incredibile quantità di materia, che è racchiusa in un piccolo spazio. Per spiegazione per i bambini era più colorato, immagina di prendere una stella 10 volte più massiccia del sole e cercare di adattarla a un'area delle dimensioni di New York. A causa di tale pressione, il campo gravitazionale diventa tale grande forza che nessuno e nemmeno un raggio di luce può sfuggire. Con lo sviluppo della tecnologia, la NASA è in grado di saperne di più su questi oggetti misteriosi.
Iniziare spiegazione per i bambiniÈ possibile dal fatto che il termine "buco nero" non esisteva fino al 1967 (introdotto da John Wheeler). Ma prima, per diversi secoli, si parlava dell'esistenza di strani oggetti che, per la loro densità e imponenza, non emettono luce. Sono stati persino predetti da Albert Einstein in teoria generale relatività. Ha dimostrato che quando una stella massiccia muore, rimane un nucleo piccolo e denso. Se la stella è tre volte la massa del sole, la gravità vince il resto delle forze e otteniamo un buco nero.
Ovviamente è importante spiegare ai bambini che i ricercatori non sono in grado di osservare direttamente queste caratteristiche (i telescopi trovano solo luce, raggi X e altre forme di radiazione elettromagnetica), quindi non c'è bisogno di aspettare una foto di un buco nero. Ma puoi calcolare la loro posizione e persino determinare le dimensioni a causa dell'effetto che hanno sugli oggetti circostanti. Ad esempio, se passa attraverso una nuvola di materia interstellare, nel processo inizierà ad attirare materia verso l'interno: l'accrescimento. La stessa cosa accadrà se una stella passa nelle vicinanze. È vero, una stella può scoppiare.
Al momento dell'attrazione, la sostanza si riscalda e accelera, rilasciando raggi X nello spazio. Recenti scoperte hanno individuato diverse potenti esplosioni di raggi gamma, dimostrando come il buco stia divorando le stelle vicine. A questo punto stimolano la crescita di alcuni e ne bloccano altri.
La maggior parte dei buchi neri proviene dai resti di grandi stelle morenti (esplosioni di supernova). Le stelle più piccole si trasformano in dense stelle di neutroni che non hanno la massa per contenere la luce. Se la massa di una stella è 3 volte maggiore del sole, allora diventa un candidato per un buco nero. Importante spiegare ai bambini una stranezza. Quando una stella collassa, la sua superficie si avvicina a una superficie immaginaria (orizzonte degli eventi). Il tempo sulla stella stessa diventa più lento che sull'osservatore. Quando la superficie colpisce l'orizzonte degli eventi, il tempo si ferma e la stella non può più collassare: un oggetto congelato che crolla.
I buchi neri più grandi sono in grado di apparire dopo una collisione stellare. Dopo il lancio nel dicembre 2004, il telescopio della NASA è stato in grado di rilevare forti lampi di luce fugaci: i raggi gamma. Successivamente, Chandra e Hubble hanno raccolto dati sull'evento e si sono resi conto che questi lampi potrebbero essere il risultato di una collisione tra un buco nero e una stella di neutroni, che dà origine a un nuovo buco nero.
Anche se nel processo di educazione figli e genitori già capito, ma un momento rimane un mistero. I buchi sembrano esistere su due scale diverse. Ci sono molti buchi neri, i resti di stelle massicce. Di norma, sono 10-24 volte più massicce del Sole. Gli scienziati li vedono costantemente se una stella estranea si avvicina in modo critico. Ma la maggior parte dei buchi neri esiste isolatamente e semplicemente non può essere vista. Tuttavia, a giudicare dal numero di stelle abbastanza grandi da diventare un candidato per un buco nero, dovrebbero esserci decine di milioni di miliardi di tali buchi neri nella Via Lattea.
Ci sono anche buchi neri supermassicci, che sono un milione o addirittura un miliardo di volte più grandi del nostro Sole. Si ritiene che tali mostri vivano nei centri di quasi tutte le grandi galassie (compresa la nostra).
Per i più piccoli sarà interessante sapere cosa per molto tempo gli scienziati credevano che non esistesse una dimensione media per i buchi neri. Ma i dati di Chandra, XMM-Newton e Hubble mostrano che lo sono.
Forse i buchi neri supermassicci compaiono a causa di una reazione a catena causata dalla collisione di stelle in ammassi compatti. Per questo motivo si accumulano molte stelle massicce che collassano e producono buchi neri. Questi ammassi occupano quindi il centro galattico, dove i buchi neri si fondono e si trasformano in un rappresentante supermassiccio.
Potresti già capire che non sarai in grado di ammirare il buco nero alta qualità online, perché questi oggetti non emettono luce. Ma sarà interessante per i bambini studiare foto e diagrammi creati sulla base del contatto tra buchi neri e materia ordinaria.
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Cosa sono i buchi neri?
Figli pensi che potresti mai vedere l'effetto del vuoto nella tua stanza? Quando fai qualcosa, tienilo d'occhio, perché puoi vedere come lo sporco e le briciole iniziano a muoversi verso l'aspirapolvere. Un buco nero è come un aspirapolvere, ma solo nello spazio. Tuttavia, non è la potente aspirazione che fa cadere le cose nel buco nero. La forza di aspirazione non sarà abbastanza forte. Invece, il buco nero usa la gravità per trascinare tutto intorno.
Quando una grande stella esaurisce il carburante, non può più sostenere il suo peso. La pressione di massicci strati di idrogeno fa sì che la stella si rimpicciolisca sempre meno. Alla fine, la stella diventerà più piccola di un atomo. Immaginate per un momento, bambini, che l'intera stella sia schiacciata in un punto, più piccolo di un atomo.
In effetti, tutto è molto semplice. Porta ai bambini una spugna, delle dimensioni di una bottiglia, puoi schiacciarla facilmente tra le mani. Ma ecco un punto interessante. Se fai qualcosa di più piccolo schiacciandolo, la sua gravità diventa più forte. Immaginate bambini, se comprimete una stella nelle dimensioni di un atomo, quanto diventerà potente la sua gravità?
La gravità di un buco nero è così potente che assorbe tutto, anche la luce che si avvicina troppo. Esatto, anche la luce non può sfuggire a un buco nero.
I buchi neri sono costituiti da tre parti principali. Lo strato esterno di un buco nero è chiamato orizzonte degli eventi esterno. All'interno dell'orizzonte degli eventi esterno, puoi ancora sfuggire alla gravità del buco nero perché qui la gravità non è così forte. Lo strato intermedio di un buco nero è chiamato orizzonte degli eventi interno. Se non siete sfuggiti alla gravità del buco nero prima di entrare nell'orizzonte degli eventi interno, voi ragazzi avete perso l'occasione. La gravità in questo strato è molto più forte e non lascia andare gli oggetti che afferra. A questo punto inizi a cadere verso il centro del buco nero. Il centro di un buco nero si chiama Singolarità. Questa strana parola significa una stella schiacciata. La Singolarità è dove la gravità del buco nero è più forte.
Pensa alla Terra. Se ti avvicini troppo alla Terra, ti scontrerai con la sua gravità. Sulla Terra, potresti volare di nuovo nello spazio con un razzo. Tuttavia, se cadete in un buco nero, non c'è modo per voi ragazzi di uscirne perché la gravità è così forte.
A causa dell'aumento relativamente recente dell'interesse per la realizzazione di film scientifici popolari sull'esplorazione dello spazio, lo spettatore moderno ha sentito parlare molto di fenomeni come la singolarità o il buco nero. Tuttavia, i film, ovviamente, non rivelano la piena natura di questi fenomeni, e talvolta addirittura distorcono il costruito teorie scientifiche per una maggiore efficienza. Per questo motivo, la presentazione di molti persone moderne su questi fenomeni o in modo completamente superficiale o completamente errato. Una delle soluzioni al problema che si è presentato è questo articolo, in cui cercheremo di comprendere i risultati della ricerca esistente e risponderemo alla domanda: cos'è un buco nero?
Nel 1784, il sacerdote e naturalista inglese John Michell menzionò per la prima volta in una lettera alla Royal Society un ipotetico corpo massiccio che ha un'attrazione gravitazionale così forte che la sua seconda velocità cosmica supererebbe la velocità della luce. La seconda velocità cosmica è la velocità di cui un oggetto relativamente piccolo avrà bisogno per superare l'attrazione gravitazionale di un corpo celeste e andare oltre i limiti di un'orbita chiusa attorno a questo corpo. Secondo i suoi calcoli, un corpo con la densità del Sole e con un raggio di 500 raggi solari avrà un secondo velocità cosmica uguale alla velocità della luce. In questo caso, anche la luce non lascerà la superficie di un tale corpo, e quindi questo corpo assorbirà solo la luce in arrivo e rimarrà invisibile all'osservatore - una specie di punto nero sullo sfondo dello spazio oscuro.
Tuttavia, il concetto di corpo supermassiccio proposto da Michell non suscitò molto interesse fino al lavoro di Einstein. Ricordiamo che quest'ultimo ha definito la velocità della luce come la velocità limite del trasferimento delle informazioni. Inoltre, Einstein ha ampliato la teoria della gravità per velocità vicine alla velocità della luce (). Di conseguenza, non era più rilevante applicare la teoria newtoniana ai buchi neri.
Come risultato dell'applicazione della relatività generale ai buchi neri e della risoluzione delle equazioni di Einstein, sono stati rivelati i parametri principali di un buco nero, di cui ce ne sono solo tre: massa, carica elettrica e momento angolare. Da segnalare il significativo contributo dell'astrofisico indiano Subramanyan Chandrasekhar, che ha realizzato una fondamentale monografia: "The Mathematical Theory of Black Holes".
Pertanto, la soluzione delle equazioni di Einstein è rappresentata da quattro opzioni per quattro possibili tipi di buchi neri:
Esistono diverse teorie su come si forma e appare un buco nero, la più famosa delle quali è l'emergere di una stella con massa sufficiente a seguito del collasso gravitazionale. Tale compressione può porre fine all'evoluzione delle stelle con una massa superiore a tre masse solari. Al completamento delle reazioni termonucleari all'interno di tali stelle, iniziano a ridursi rapidamente in uno superdenso. Se la pressione del gas di una stella di neutroni non può compensare le forze gravitazionali, cioè la massa della stella supera la cosiddetta. Limite di Oppenheimer-Volkov, poi il collasso continua, facendo restringere la materia in un buco nero.
Il secondo scenario che descrive la nascita di un buco nero è la compressione del gas protogalattico, cioè il gas interstellare che si trova nella fase di trasformazione in una galassia o in una sorta di ammasso. In caso di pressione interna insufficiente per compensare le stesse forze gravitazionali, può formarsi un buco nero.
Restano ipotetici altri due scenari:
La struttura di un buco nero secondo Schwarzschild include solo due elementi menzionati in precedenza: la singolarità e l'orizzonte degli eventi di un buco nero. Parlando brevemente della singolarità, si può notare che è impossibile tracciare una linea retta attraverso di essa, e anche che la maggior parte delle teorie fisiche esistenti non funzionano al suo interno. Pertanto, la fisica della singolarità rimane oggi un mistero per gli scienziati. di un buco nero è un certo confine, oltrepassandolo, un oggetto fisico perde la capacità di tornare indietro oltre i suoi limiti e “cade” inequivocabilmente nella singolarità di un buco nero.
La struttura di un buco nero diventa alquanto più complicata nel caso della soluzione di Kerr, cioè in presenza della rotazione BH. La soluzione di Kerr implica che il buco abbia un'ergosfera. Ergosfera - una certa area situata al di fuori dell'orizzonte degli eventi, all'interno della quale tutti i corpi si muovono nella direzione di rotazione del buco nero. Quest'area non è ancora eccitante ed è possibile lasciarla, a differenza dell'orizzonte degli eventi. L'ergosfera è probabilmente una sorta di analogo di un disco di accrescimento, che rappresenta una sostanza rotante attorno a corpi massicci. Se un buco nero statico di Schwarzschild è rappresentato come una sfera nera, allora il buco nero di Kerry, a causa della presenza di un'ergosfera, ha la forma di un ellissoide oblato, nella forma del quale abbiamo spesso visto buchi neri nei disegni, nei vecchi film o videogiochi.
Un'altra domanda preoccupa sia gli scienziati che coloro che sono semplicemente appassionati di astrofisica: in cosa consiste un buco nero? Non esiste una risposta univoca a questa domanda, dal momento che non è possibile guardare oltre l'orizzonte degli eventi che circonda un buco nero. Inoltre, come accennato in precedenza, i modelli teorici di un buco nero prevedono solo 3 dei suoi componenti: l'ergosfera, l'orizzonte degli eventi e la singolarità. È logico presumere che nell'ergosfera ci siano solo quegli oggetti che sono stati attratti dal buco nero e che ora ruotano attorno ad esso: vari tipi di corpi cosmici e gas cosmici. L'orizzonte degli eventi è solo un sottile confine implicito, una volta oltre il quale, gli stessi corpi cosmici sono irrevocabilmente attratti verso l'ultima componente principale del buco nero: la singolarità. La natura della singolarità non è stata studiata oggi ed è troppo presto per parlare della sua composizione.
Secondo alcune ipotesi, un buco nero può essere costituito da neutroni. Se seguiamo lo scenario del verificarsi di un buco nero a seguito della compressione di una stella in una stella di neutroni con la sua successiva compressione, allora, probabilmente, la parte principale del buco nero è costituita da neutroni, di cui la stella di neutroni esso stesso consiste. In parole semplici: Quando una stella collassa, i suoi atomi vengono compressi in modo tale che gli elettroni si combinano con i protoni, formando così i neutroni. Una tale reazione avviene effettivamente in natura, con la formazione di un neutrone, si verifica l'emissione di neutrini. Tuttavia, queste sono solo supposizioni.
Cadere in un buco nero astrofisico porta allo stiramento del corpo. Considera un ipotetico astronauta suicida che si dirige verso un buco nero indossando nient'altro che una tuta spaziale, i piedi prima. Attraversando l'orizzonte degli eventi, l'astronauta non noterà alcun cambiamento, nonostante non abbia più la possibilità di tornare indietro. Ad un certo punto, l'astronauta raggiungerà un punto (leggermente dietro l'orizzonte degli eventi) in cui inizierà a verificarsi la deformazione del suo corpo. Poiché il campo gravitazionale di un buco nero non è uniforme ed è rappresentato da un gradiente di forza crescente verso il centro, le gambe dell'astronauta saranno soggette a un effetto gravitazionale notevolmente maggiore rispetto, ad esempio, alla testa. Quindi, a causa della gravità, o meglio delle forze di marea, le gambe "cadranno" più velocemente. Pertanto, il corpo inizia ad allungarsi gradualmente in lunghezza. Per descrivere questo fenomeno, gli astrofisici hanno escogitato un termine piuttosto creativo: spaghettificazione. Un ulteriore allungamento del corpo probabilmente lo decomporrà in atomi che, prima o poi, raggiungeranno una singolarità. Si può solo immaginare come si sentirà una persona in questa situazione. Vale la pena notare che l'effetto dell'allungamento del corpo è inversamente proporzionale alla massa del buco nero. Cioè, se un BH con la massa di tre soli allunga/spezza istantaneamente il corpo, allora il buco nero supermassiccio avrà forze di marea inferiori e ci sono suggerimenti che alcuni materiali fisici potrebbero "tollerare" una tale deformazione senza perdere la loro struttura.
Come sai, vicino a oggetti massicci, il tempo scorre più lentamente, il che significa che il tempo per un astronauta suicida scorrerà molto più lentamente che per i terrestri. In tal caso, forse sopravviverà non solo ai suoi amici, ma alla Terra stessa. Saranno necessari calcoli per determinare quanto tempo rallenterà per un astronauta, ma da quanto sopra si può presumere che l'astronauta cadrà nel buco nero molto lentamente e potrebbe semplicemente non vivere per vedere il momento in cui il suo corpo inizia a deformarsi .
È interessante notare che per un osservatore esterno, tutti i corpi che sono volati fino all'orizzonte degli eventi rimarranno ai margini di questo orizzonte finché la loro immagine non scompare. La ragione di questo fenomeno è il redshift gravitazionale. Semplificando un po', possiamo dire che la luce che cade sul corpo di un astronauta suicida "congelato" all'orizzonte degli eventi cambierà la sua frequenza a causa del suo tempo rallentato. Man mano che il tempo passa più lentamente, la frequenza della luce diminuirà e la lunghezza d'onda aumenterà. Come risultato di questo fenomeno, all'uscita, cioè per un osservatore esterno, la luce si sposterà gradualmente verso la bassa frequenza: il rosso. Si verificherà uno spostamento della luce lungo lo spettro, man mano che l'astronauta suicida si allontana sempre di più dall'osservatore, anche se quasi impercettibilmente, e il suo tempo scorre sempre più lentamente. Pertanto, la luce riflessa dal suo corpo andrà presto oltre lo spettro visibile (l'immagine scomparirà) e in futuro il corpo dell'astronauta potrà essere catturato solo nell'area radiazione infrarossa, in seguito - nella radiofrequenza e, di conseguenza, la radiazione sarà completamente sfuggente.
Nonostante quanto scritto sopra, si presume che nei buchi neri supermassicci molto grandi le forze di marea non cambino molto con la distanza e agiscano quasi uniformemente sul corpo in caduta. In questo caso, la caduta navicella spaziale manterrebbe la sua struttura. Sorge una domanda ragionevole: dove conduce il buco nero? A questa domanda può rispondere il lavoro di alcuni scienziati, che collegano due fenomeni come i wormhole e i buchi neri.
Già nel 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen, tenendo conto, avanzarono un'ipotesi sull'esistenza dei cosiddetti wormhole, che collegavano due punti dello spazio-tempo in luoghi di significativa curvatura di quest'ultimo: il ponte Einstein-Rosen o wormhole. Per una curvatura così potente dello spazio, saranno necessari corpi con una massa gigantesca, con il ruolo di cui i buchi neri sarebbero perfettamente all'altezza.
Il ponte Einstein-Rosen è considerato un wormhole impenetrabile, poiché è piccolo e instabile.
Un wormhole attraversabile è possibile all'interno della teoria dei buchi bianchi e neri. Dove il buco bianco è l'output delle informazioni che sono cadute nel buco nero. Il buco bianco è descritto nel quadro della relatività generale, ma oggi rimane ipotetico e non è stato scoperto. Un altro modello di wormhole è stato proposto dagli scienziati americani Kip Thorne e dal suo studente laureato Mike Morris, che può essere passabile. Tuttavia, come nel caso del wormhole Morris-Thorn, così come nel caso dei buchi bianchi e neri, la possibilità di viaggiare richiede l'esistenza della cosiddetta materia esotica, che ha energia negativa e rimane anch'essa ipotetica.
L'esistenza dei buchi neri è stata confermata relativamente di recente (settembre 2015), ma prima di allora c'era già molto materiale teorico sulla natura dei buchi neri, così come molti oggetti candidati per il ruolo di un buco nero. Innanzitutto bisogna tenere conto delle dimensioni del buco nero, poiché da esse dipende la natura stessa del fenomeno:
Il buco nero più vicino, o meglio un candidato al ruolo di buco nero, è un oggetto (V616 Unicorn), che si trova a una distanza di 3000 anni luce dal Sole (nella nostra galassia). Consiste di due componenti: una stella con una massa pari alla metà della massa solare, nonché un piccolo corpo invisibile, la cui massa è di 3-5 masse solari. Se questo oggetto risulta essere un piccolo buco nero di massa stellare, allora di diritto sarà il buco nero più vicino.
Dopo questo oggetto, il secondo buco nero più vicino è Cyg X-1 (Cyg X-1), che è stato il primo candidato per il ruolo di buco nero. La sua distanza è di circa 6070 anni luce. Abbastanza ben studiato: ha una massa di 14,8 masse solari e un raggio dell'orizzonte degli eventi di circa 26 km.
Secondo alcune fonti, un altro candidato più vicino per il ruolo di un buco nero potrebbe essere un corpo dentro sistema stellare V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), stimato nel 1999 a 1600 anni luce di distanza. Tuttavia, studi successivi hanno aumentato questa distanza di almeno 15 volte.
Non esiste una risposta esatta a questa domanda, poiché è piuttosto difficile osservarli e durante l'intero studio del cielo, gli scienziati sono riusciti a rilevare circa una dozzina di buchi neri all'interno via Lattea. Senza indulgere nei calcoli, notiamo che nella nostra galassia ci sono circa 100-400 miliardi di stelle e circa ogni millesima stella ha una massa sufficiente per formare un buco nero. È probabile che durante l'esistenza della Via Lattea si siano formati milioni di buchi neri. Poiché è più facile registrare enormi buchi neri, è logico supporre che la maggior parte dei BH nella nostra galassia non siano supermassicci. È interessante notare che la ricerca della NASA nel 2005 suggerisce la presenza di un intero sciame di buchi neri (10-20mila) in orbita attorno al centro della galassia. Inoltre, nel 2016, gli astrofisici giapponesi hanno scoperto un enorme satellite vicino all'oggetto *: un buco nero, il nucleo della Via Lattea. A causa del piccolo raggio (0,15 anni luce) di questo corpo, così come della sua enorme massa (100.000 masse solari), gli scienziati suggeriscono che questo oggetto sia anche un buco nero supermassiccio.
Il nucleo della nostra galassia, il buco nero della Via Lattea (Sagittarius A*, Sgr A* o Sagittarius A*) è supermassiccio e ha una massa di 4,31 10 6 masse solari, e un raggio di 0,00071 anni luce (6,25 ore luce o 6,75 miliardi di km). La temperatura di Sagittarius A* insieme all'ammasso che lo circonda è di circa 1 10 7 K.
Il più grande buco nero dell'universo che gli scienziati sono riusciti a rilevare è un buco nero supermassiccio, il blazar FSRQ, al centro della galassia S5 0014+81, a una distanza di 1,2·10·10 anni luce dalla Terra. Secondo i risultati preliminari dell'osservazione, utilizzando l'osservatorio spaziale Swift, la massa del buco nero era di 40 miliardi (40 10 9) di masse solari e il raggio di Schwarzschild di un tale buco era di 118,35 miliardi di chilometri (0,013 anni luce). Inoltre, secondo i calcoli, è sorto 12,1 miliardi di anni fa (1,6 miliardi di anni dopo il Big Bang). Se questo gigantesco buco nero non assorbe la materia che lo circonda, vivrà per vedere l'era dei buchi neri, una delle epoche nello sviluppo dell'Universo, durante la quale i buchi neri domineranno in esso. Se il nucleo della galassia S5 0014+81 continua a crescere, diventerà uno degli ultimi buchi neri che esisteranno nell'Universo.
Gli altri due buchi neri conosciuti, sebbene non nominati, lo hanno fatto valore più alto per lo studio dei buchi neri, poiché hanno confermato sperimentalmente la loro esistenza e hanno anche dato risultati importanti per studiare la gravità. Stiamo parlando dell'evento GW150914, chiamato la collisione di due buchi neri in uno. Questo evento ha permesso di registrarsi.
Prima di considerare i metodi per rilevare i buchi neri, si dovrebbe rispondere alla domanda: perché un buco nero è nero? - la risposta non richiede una profonda conoscenza in astrofisica e cosmologia. Il fatto è che un buco nero assorbe tutta la radiazione che cade su di esso e non si irradia affatto, se non si tiene conto dell'ipotetico. Se consideriamo questo fenomeno in modo più dettagliato, possiamo presumere che non ci siano processi all'interno dei buchi neri che portino al rilascio di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Quindi se il buco nero irradia, allora è nello spettro di Hawking (che coincide con lo spettro di un corpo riscaldato, assolutamente nero). Tuttavia, come accennato in precedenza, questa radiazione non è stata rilevata, il che suggerisce una temperatura completamente bassa dei buchi neri.
Un'altra teoria ampiamente accettata è quella radiazioni elettromagnetiche e non è affatto in grado di lasciare l'orizzonte degli eventi. È molto probabile che i fotoni (particelle di luce) non siano attratti da oggetti massicci, poiché, secondo la teoria, essi stessi non hanno massa. Tuttavia, il buco nero "attrae" ancora i fotoni di luce attraverso la distorsione dello spazio-tempo. Se immaginiamo un buco nero nello spazio come una sorta di depressione sulla superficie liscia dello spazio-tempo, allora c'è una certa distanza dal centro del buco nero, avvicinandosi alla quale la luce non sarà più in grado di allontanarsi da esso . Cioè, grosso modo, la luce comincia a "cadere" nella "fossa", che non ha nemmeno il "fondo".
Inoltre, se prendiamo in considerazione l'effetto del redshift gravitazionale, è possibile che la luce in un buco nero perda la sua frequenza, spostandosi lungo lo spettro fino alla regione della radiazione a onde lunghe a bassa frequenza, fino a perdere del tutto energia.
Quindi, un buco nero è nero e quindi difficile da rilevare nello spazio.
Considera i metodi che gli astronomi usano per rilevare un buco nero:
Oltre ai metodi sopra menzionati, gli scienziati spesso associano oggetti come buchi neri e. I quasar sono alcuni ammassi di corpi cosmici e gas, che sono tra gli oggetti astronomici più luminosi dell'Universo. Poiché hanno un'elevata intensità di luminescenza a dimensioni relativamente piccole, c'è motivo di credere che il centro di questi oggetti sia un buco nero supermassiccio, che attrae a sé la materia circostante. A causa di una così potente attrazione gravitazionale, la materia attratta è così riscaldata da irradiarsi intensamente. Il rilevamento di tali oggetti viene solitamente confrontato con il rilevamento di un buco nero. A volte i quasar possono emettere getti di plasma riscaldato in due direzioni: getti relativistici. Le ragioni dell'emergere di tali getti (getto) non sono del tutto chiare, ma sono probabilmente causate dall'interazione dei campi magnetici del BH e del disco di accrescimento e non sono emesse da un buco nero diretto.
Un getto nella galassia M87 che colpisce dal centro di un buco nero
Riassumendo quanto sopra, si può immaginare, da vicino: si tratta di un oggetto nero sferico, attorno al quale ruota materia fortemente riscaldata, formando un disco di accrescimento luminoso.
Uno dei fenomeni più interessanti in astrofisica è la collisione dei buchi neri, che consente anche di rilevare corpi astronomici così massicci. Tali processi interessano non solo gli astrofisici, poiché danno luogo a fenomeni scarsamente studiati dai fisici. L'esempio più brillanteè l'evento precedentemente menzionato chiamato GW150914, quando due buchi neri si sono avvicinati così tanto che, come risultato della reciproca attrazione gravitazionale, si sono fusi in uno solo. Una conseguenza importante di questa collisione fu l'emergere delle onde gravitazionali.
Secondo la definizione di onde gravitazionali, si tratta di cambiamenti nel campo gravitazionale che si propagano in modo ondulatorio da enormi oggetti in movimento. Quando due di questi oggetti si avvicinano, iniziano a ruotare attorno a un centro di gravità comune. Man mano che si avvicinano l'uno all'altro, la loro rotazione attorno al proprio asse aumenta. Tali oscillazioni variabili del campo gravitazionale ad un certo punto possono formare una potente onda gravitazionale che può propagarsi nello spazio per milioni di anni luce. Quindi, a una distanza di 1,3 miliardi di anni luce, si è verificata una collisione di due buchi neri, che ha formato una potente onda gravitazionale che ha raggiunto la Terra il 14 settembre 2015 ed è stata registrata dai rivelatori LIGO e VIRGO.
Ovviamente, affinché un buco nero cessi di esistere, dovrebbe perdere tutta la sua massa. Tuttavia, secondo la sua definizione, nulla può lasciare il buco nero se ha attraversato il suo orizzonte degli eventi. È noto che per la prima volta il fisico teorico sovietico Vladimir Gribov ha menzionato la possibilità di emissione di particelle da parte di un buco nero nella sua discussione con un altro scienziato sovietico Yakov Zeldovich. Ha sostenuto che dal punto di vista della meccanica quantistica, un buco nero è in grado di emettere particelle attraverso un effetto tunnel. Successivamente, con l'aiuto della meccanica quantistica, il fisico teorico inglese Stephen Hawking ha costruito la sua teoria un po 'diversa. Puoi leggere di più su questo fenomeno. Insomma, ci sono le cosiddette particelle virtuali nel vuoto, che nascono costantemente in coppia e si annichilano a vicenda, pur non interagendo con il mondo esterno. Ma se tali coppie si formano all'orizzonte degli eventi del buco nero, allora una forte gravità è ipoteticamente in grado di separarle, con una particella che cade nel buco nero e l'altra che si allontana dal buco nero. E poiché si può osservare una particella che è volata via da un buco, e quindi ha energia positiva, una particella che è caduta in un buco deve avere energia negativa. Pertanto, il buco nero perderà la sua energia e ci sarà un effetto chiamato evaporazione del buco nero.
Secondo i modelli disponibili di un buco nero, come accennato in precedenza, al diminuire della sua massa, la sua radiazione diventa più intensa. Quindi, nella fase finale dell'esistenza di un buco nero, quando può essere ridotto alle dimensioni di un buco nero quantistico, rilascerà un'enorme quantità di energia sotto forma di radiazione, che può essere equivalente a migliaia o addirittura milioni di bombe atomiche. Questo evento ricorda in qualche modo l'esplosione di un buco nero, come la stessa bomba. Secondo i calcoli, i buchi neri primordiali potrebbero essere nati a seguito del Big Bang, e quelli di essi, la cui massa è dell'ordine di 10 12 kg, dovrebbero essere evaporati ed esplosi nel nostro tempo. Comunque sia, tali esplosioni non sono mai state viste dagli astronomi.
Nonostante il meccanismo proposto da Hawking per la distruzione dei buchi neri, le proprietà della radiazione di Hawking provocano un paradosso nel quadro della meccanica quantistica. Se un buco nero assorbe un corpo e poi perde la massa risultante dall'assorbimento di questo corpo, allora indipendentemente dalla natura del corpo, il buco nero non differirà da quello che era prima dell'assorbimento del corpo. In questo caso, le informazioni sul corpo sono perse per sempre. Dal punto di vista dei calcoli teorici, la trasformazione dell'originale stato puro nel risultante misto ("termico") non corrisponde all'attuale teoria della meccanica quantistica. Questo paradosso è talvolta chiamato la scomparsa delle informazioni in un buco nero. Una vera soluzione a questo paradosso non è mai stata trovata. Varianti conosciute soluzioni al paradosso:
A giudicare da tutto ciò che è stato descritto in precedenza, i buchi neri, sebbene siano stati studiati per un tempo relativamente lungo, hanno ancora molte caratteristiche, i cui meccanismi non sono ancora noti agli scienziati.
Riassumendo quanto sopra, possiamo evidenziare diverse caratteristiche interessanti e insolite della natura dei buchi neri:
Problema 39
In una nuova video lezione di astronomia, il professore parlerà di come si formano i buchi neri e perché sono pericolosi.
I buchi neri non possono essere toccati e non possono essere calpestati. I buchi neri sono chiamati aree nello spazio-tempo, che formano un'attrazione super potente. La gravità piega lo spazio e il tempo, il che significa che dentro buco nero non ci sono linee rette, lo spazio è accartocciato e intrecciato. Se una stella si forma accanto a un buco nero, le forze gravitazionali del buco nero faranno a pezzi la stella e scomparirà nelle viscere del buco. Se qualcosa cade in un buco nero, rimane lì per sempre. Per vincere la potente attrazione di un buco nero, è necessario sviluppare una velocità maggiore della velocità della luce, ma questo, purtroppo, è impossibile. Gli scienziati non sanno esattamente come si formino i buchi neri supermassicci, ma con i normali buchi neri tutto è più o meno chiaro. Nel processo di evoluzione di una stella, l'idrogeno si esaurisce gradualmente, di conseguenza, la sua quantità diminuisce, il che porta al fatto che la forza della leggera pressione inizia a superare la forza della compressione gravitazionale. La stella aumenta notevolmente di dimensioni e si trasforma in una gigante rossa, che successivamente esplode. Dopo l'esplosione inizia la compressione, poi la stella si raffredda e diventa non visibile direttamente. Ma se la massa del residuo della gigante rossa supera la massa solare di 2-2,5 volte, la sua compressione non può fermarsi, poiché forza gravitazionale sopprime completamente la resistenza alla compressione, di conseguenza, questo residuo viene compresso in un minuscolo corpo denso, come chiuso in se stesso. Ed è in questo momento di collasso gravitazionale (compressione) che si formano i buchi neri. Di conseguenza, si scopre che la massa è concentrata in un'area così piccola che anche la velocità della luce non è sufficiente per lasciare le sue vicinanze. Da qui la prima parte del nome è nera, poiché è in grado di assorbire anche la luce. La seconda parte - un buco - significa che tutto ciò che cade nella regione di un buco nero diventa per sempre inaccessibile all'osservazione.
Parte dell'attrazione gravitazionale prima che possa vedere qualcosa. Gli scienziati hanno eseguito tutti i calcoli per il più semplice simmetrico sferico Nero buchi, il cui raggio è uguale al raggio di Schwarzschild. Nero buchi, formati durante il collasso delle stelle, hanno caratteristiche più complesse. Tuttavia, come notano gli autori, nel tempo diventano sempre più...
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Cioè, circa 1,6x10-35 metri. I calcoli mostrano che la formazione di microscopici Nero buchi. Ricordiamo che secondo idee moderne, la vita di tali oggetti è estremamente breve: evaporano in ... Hawking. Tuttavia, i ricercatori lo hanno dimostrato sotto la loro ipotesi Nero buchi potrebbe trovarsi in uno stato stabile. I calcoli mostrano che tale Nero buchi avrà proprietà simili a particelle elementari. In particolare, ...
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Narrato in una riunione dell'American Astronomical Society. Gli astronomi credono che alcuni supermassicci Nero buchi, situate nelle galassie vicine almeno due volte, e forse quattro,... La scoperta potrebbe cambiare l'idea di come si formano le galassie e quale ruolo svolgono nell'universo Nero buchi. Alla fine del mese scorso, un team di ricercatori guidato da Andrew Fabian, Università di Cambridge...
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Raggiungi i 400.000 anni luce. Secondo i ricercatori, il 10-20 percento di tutto il ferro nelle galassie può essere trasportato da un luogo all'altro. Nero buchi. Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che le emissioni di un oggetto compatto portano alla formazione nell'ambiente circostante buco gas di vuoti colossali. Le dimensioni di alcuni di essi raggiungono i 670mila anni luce. Soprattutto per lo studio...
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Attualmente al lavoro negli Stati Uniti, hanno proposto un modo per creare un dispositivo le cui proprietà assomiglieranno a quelle di Nero buchi. Tale dispositivo dovrebbe essere basato su una struttura cilindrica, un guscio e parte interna che differiscono in... assorbiti. Gli autori nuovo lavoro ha implementato in pratica l'idea degli scienziati russi. Per creare un forno a microonde Nero buchi i ricercatori hanno utilizzato metamateriali - sostanze speciali che possono piegare in modo specifico i percorsi che li attraversano ...
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Piegarsi, muovendosi a spirale verso il suo centro - proprio come Nero buchi, anche se per motivi completamente diversi. Se una Nero buco agisce grazie alla sua colossale forza di attrazione, uno strumento inventato da Narimanov e Kildishev, ... (Tie Jun Cui) e Qiang Cheng lo ha reso realtà, creando un tale simulato “ Nero buco in grado di catturare e assorbire le radiazioni a microonde. Il dispositivo è un cilindro costituito da 60 strati anulari di metamateriali porosi...
https://www.site/journal/121533
Che J0005-0006 e J0303-0019 si siano formati poco dopo il Big Bang, determinando la loro massa Nero buchi. Più polvere è riscaldata nel quasar, maggiore è la massa Nero buchi(ha molto "cibo" per la crescita). Masse Nero buchi J0005-0006 e J0303-0019 erano i quasar più piccoli conosciuti nel giovane universo. Recentemente...
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Einstein-Rosen. Questi oggetti sono ipotetici tunnel di collegamento varie regioni spazio. Poplavsky crede che l'altra estremità del wormhole Nero buchi collegato al bianco buco(antipodi Nero buchi Una regione dello spazio in cui nulla può entrare. Allo stesso tempo, all'interno del wormhole sorgono condizioni che assomigliano a un Universo in espansione, simile a quello che osserviamo...
