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o que buraco negro- uma explicação para crianças: uma descrição com uma foto, como encontrar o Universo no espaço, como eles aparecem, a morte de uma estrela, buracos negros supermassivos de galáxias.
Para os pais mais pequenos ou na escola devo explique que perceber um buraco negro como um lugar vazio é um erro grosseiro. Pelo contrário, nele se concentra uma quantidade incrível de matéria, que fica fechada em um pequeno espaço. Para explicação para crianças era mais colorido, imagine pegar uma estrela 10 vezes mais massiva que o sol e tentar encaixá-la em uma área do tamanho de Nova York. Devido a tal pressão, o campo gravitacional torna-se tão grande força que ninguém e nem mesmo um raio de luz pode escapar. Com o desenvolvimento da tecnologia, a NASA é capaz de aprender mais sobre esses objetos misteriosos.
Começar explicação para criançasÉ possível pelo fato de que o termo "buraco negro" não existia até 1967 (introduzido por John Wheeler). Mas antes disso, por vários séculos, foi mencionada a existência de objetos estranhos, que, devido à sua densidade e massividade, não emitem luz. Eles foram até previstos por Albert Einstein em teoria geral relatividade. Ela provou que quando uma estrela massiva morre, um núcleo pequeno e denso permanece. Se a estrela tem três vezes a massa do sol, a gravidade supera o resto das forças e obtemos um buraco negro.
Claro que é importante explicar para as crianças que os pesquisadores são incapazes de observar essas características diretamente (os telescópios encontram apenas luz, raios X e outras formas de radiação eletromagnética), então não há necessidade de esperar por uma foto de um buraco negro. Mas você pode calcular sua localização e até determinar o tamanho devido ao efeito que eles têm nos objetos ao redor. Por exemplo, se passar por uma nuvem de matéria interestelar, no processo começará a atrair matéria para dentro - acreção. A mesma coisa acontecerá se uma estrela passar por perto. É verdade que uma estrela pode explodir.
No momento da atração, a substância aquece e acelera, liberando raios X no espaço. Descobertas recentes detectaram várias explosões poderosas de raios gama, demonstrando como o buraco está devorando estrelas vizinhas. Neste ponto, eles estimulam o crescimento de alguns e impedem outros.
A maioria dos buracos negros vem dos restos de grandes estrelas moribundas (explosões de supernovas). Estrelas menores se transformam em estrelas de nêutrons densas que não têm massa para reter a luz. Se a massa de uma estrela é 3 vezes maior que a do Sol, então ela se torna candidata a um buraco negro. Importante explicar para as crianças uma esquisitice. Quando uma estrela colapsa, sua superfície se aproxima de uma superfície imaginária (horizonte de eventos). O tempo na própria estrela torna-se mais lento do que no observador. Quando a superfície atinge o horizonte de eventos, o tempo para e a estrela não pode mais entrar em colapso - um objeto congelado em colapso.
Buracos negros maiores são capazes de aparecer após uma colisão estelar. Após o lançamento em dezembro de 2004, o telescópio da NASA foi capaz de detectar fortes flashes fugazes de luz - raios gama. Depois disso, Chandra e Hubble coletaram dados sobre o evento e perceberam que esses flashes poderiam ser resultado de uma colisão entre um buraco negro e uma estrela de nêutrons, o que dá origem a um novo buraco negro.
Embora no processo de educação crianças e pais já descobri, mas um momento permanece um mistério. Os buracos parecem existir em duas escalas diferentes. Existem muitos buracos negros - os restos de estrelas massivas. Como regra, eles são 10-24 vezes mais massivos que o Sol. Os cientistas os veem constantemente se uma estrela estranha se aproximar criticamente. Mas a maioria dos buracos negros existe isoladamente e simplesmente não pode ser vista. No entanto, a julgar pelo número de estrelas que são grandes o suficiente para se tornarem candidatas a um buraco negro, deve haver dezenas de milhões de bilhões de tais buracos negros na Via Láctea.
Existem também buracos negros supermassivos, que são um milhão ou até um bilhão de vezes maiores que o nosso Sol. Acredita-se que esses monstros vivam nos centros de quase todas as grandes galáxias (incluindo a nossa).
Para os pequenos será interessante saber o que por muito tempo os cientistas acreditavam que não havia tamanho médio para buracos negros. Mas os dados do Chandra, XMM-Newton e Hubble mostram que sim.
Talvez buracos negros supermassivos apareçam devido a uma reação em cadeia causada pela colisão de estrelas em aglomerados compactos. Por causa disso, muitas estrelas massivas se acumulam, que colapsam e produzem buracos negros. Esses aglomerados ocupam então o centro galáctico, onde os buracos negros se fundem e se transformam em um representante supermassivo.
Você já pode entender que não poderá admirar o buraco negro em alta qualidade online, porque esses objetos não emitem luz. Mas será interessante que as crianças estudem fotos e diagramas criados com base no contato de buracos negros e matéria comum.
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O que são buracos negros?
Crianças você acha que poderia ver o efeito de vácuo em seu quarto? Quando você fizer algo, fique de olho, porque você pode ver como a sujeira e as migalhas começam a se mover em direção ao aspirador. Um buraco negro é como um aspirador de pó, mas apenas no espaço. No entanto, não é a sucção poderosa que faz com que as coisas caiam no buraco negro. A força de sucção não será forte o suficiente. Em vez disso, o buraco negro usa a gravidade para puxar tudo ao seu redor.
Quando uma grande estrela fica sem combustível, ela não pode mais suportar seu peso. A pressão de camadas maciças de hidrogênio faz com que a estrela encolha cada vez menos. Eventualmente, a estrela se tornará menor que um átomo. Imaginem por um momento, crianças, que a estrela inteira é esmagada em um ponto, menor que um átomo.
Na verdade, tudo é muito simples. Leve para as crianças uma esponja, do tamanho de uma garrafa, você pode facilmente esmagá-la em suas mãos. Mas aqui está um ponto interessante. Se você fizer algo menor apertando-o, sua gravidade fica mais forte. Imagine crianças, se você comprimir uma estrela no tamanho de um átomo, quão poderosa sua gravidade se tornará?
A gravidade de um buraco negro é tão poderosa que absorve tudo, até a luz que chega muito perto. Muito bem, mesmo a luz não pode escapar de um buraco negro.
Os buracos negros são compostos de três partes principais. A camada externa de um buraco negro é chamada de horizonte de eventos externo. Dentro do horizonte de eventos externo, você ainda pode escapar da gravidade do buraco negro porque a gravidade não é tão forte aqui. A camada intermediária de um buraco negro é chamada de horizonte de eventos interno. Se você não escapou da gravidade do buraco negro antes de entrar no horizonte de eventos interno, então seus filhos perderam a chance. A gravidade nesta camada é muito mais forte e não solta os objetos que agarra. Neste ponto, você começa a cair em direção ao centro do buraco negro. O centro de um buraco negro é chamado de Singularidade. Esta palavra estranha significa uma estrela esmagada. A Singularidade é onde a gravidade do buraco negro é mais forte.
Pense na Terra. Se você chegar muito perto da Terra, você colidirá com sua gravidade. Na Terra, você poderia voar para o espaço novamente em um foguete. No entanto, se você cair em um buraco negro, não há como sair, porque a gravidade é muito forte.
Devido ao aumento relativamente recente do interesse em fazer filmes científicos populares sobre exploração espacial, o espectador moderno ouviu muito sobre fenômenos como a singularidade ou buraco negro. No entanto, os filmes, obviamente, não revelam toda a natureza desses fenômenos, e às vezes até distorcem o construído. teorias científicas para mais eficiência. Por isso, a apresentação de muitos pessoas modernas sobre esses fenômenos de forma completamente superficial ou completamente errônea. Uma das soluções para o problema que surgiu é este artigo, no qual tentaremos entender os resultados da pesquisa existente e responder à pergunta - o que é um buraco negro?
Em 1784, o padre e naturalista inglês John Michell mencionou pela primeira vez em uma carta à Royal Society um corpo massivo hipotético que tem uma atração gravitacional tão forte que a segunda velocidade cósmica para ele excederia a velocidade da luz. A segunda velocidade cósmica é a velocidade que um objeto relativamente pequeno precisará para superar a atração gravitacional de um corpo celeste e ultrapassar os limites de uma órbita fechada em torno desse corpo. De acordo com seus cálculos, um corpo com a densidade do Sol e com um raio de 500 raios solares terá um segundo velocidade cósmica igual à velocidade da luz. Nesse caso, mesmo a luz não sairá da superfície de tal corpo e, portanto, esse corpo apenas absorverá a luz que entra e permanecerá invisível para o observador - uma espécie de mancha preta contra o fundo do espaço escuro.
No entanto, o conceito de corpo supermassivo proposto por Michell não atraiu muito interesse até o trabalho de Einstein. Lembre-se de que este último definiu a velocidade da luz como a velocidade limite da transferência de informações. Além disso, Einstein expandiu a teoria da gravidade para velocidades próximas à velocidade da luz (). Como resultado, não era mais relevante aplicar a teoria newtoniana aos buracos negros.
Como resultado da aplicação da relatividade geral aos buracos negros e da resolução das equações de Einstein, foram revelados os principais parâmetros de um buraco negro, dos quais existem apenas três: massa, carga elétrica e momento angular. Cabe destacar a significativa contribuição do astrofísico indiano Subramanyan Chandrasekhar, que criou uma monografia fundamental: "A Teoria Matemática dos Buracos Negros".
Assim, a solução das equações de Einstein é representada por quatro opções para quatro tipos possíveis de buracos negros:
Existem várias teorias sobre como um buraco negro é formado e aparece, sendo a mais famosa delas o surgimento de uma estrela com massa suficiente como resultado do colapso gravitacional. Tal compressão pode acabar com a evolução de estrelas com massa de mais de três massas solares. Após a conclusão das reações termonucleares dentro dessas estrelas, elas começam a encolher rapidamente para uma superdensa. Se a pressão do gás de uma estrela de nêutrons não pode compensar as forças gravitacionais, ou seja, a massa da estrela supera a chamada. Limite de Oppenheimer-Volkov, então o colapso continua, fazendo com que a matéria encolha em um buraco negro.
O segundo cenário que descreve o nascimento de um buraco negro é a compressão do gás protogaláctico, ou seja, gás interestelar que está em fase de transformação em uma galáxia ou algum tipo de aglomerado. No caso de pressão interna insuficiente para compensar as mesmas forças gravitacionais, pode surgir um buraco negro.
Dois outros cenários permanecem hipotéticos:
A estrutura de um buraco negro de acordo com Schwarzschild inclui apenas dois elementos que foram mencionados anteriormente: a singularidade e o horizonte de eventos de um buraco negro. Falando brevemente sobre a singularidade, pode-se notar que é impossível traçar uma linha reta através dela, e também que a maioria das teorias físicas existentes não funcionam dentro dela. Assim, a física da singularidade permanece um mistério para os cientistas de hoje. de um buraco negro é um certo limite, atravessando o qual, um objeto físico perde a capacidade de retornar além de seus limites e inequivocamente “cai” na singularidade de um buraco negro.
A estrutura de um buraco negro torna-se um pouco mais complicada no caso da solução de Kerr, ou seja, na presença de rotação BH. A solução de Kerr implica que o buraco tem uma ergosfera. Ergosfera - uma certa área localizada fora do horizonte de eventos, dentro da qual todos os corpos se movem na direção de rotação do buraco negro. Esta área ainda não é emocionante e é possível sair dela, ao contrário do horizonte de eventos. A ergosfera é provavelmente uma espécie de análogo de um disco de acreção, que representa uma substância rotativa em torno de corpos massivos. Se um buraco negro de Schwarzschild estático é representado como uma esfera negra, então o buraco negro de Kerry, devido à presença de uma ergosfera, tem a forma de um elipsóide oblato, na forma do qual muitas vezes vimos buracos negros em desenhos, em antigos filmes ou videogames.
Outra questão preocupa tanto os cientistas quanto aqueles que simplesmente gostam de astrofísica - em que consiste um buraco negro? Não há uma resposta única para essa pergunta, pois não é possível olhar além do horizonte de eventos que cerca qualquer buraco negro. Além disso, como mencionado anteriormente, os modelos teóricos de um buraco negro fornecem apenas 3 de seus componentes: a ergosfera, o horizonte de eventos e a singularidade. É lógico supor que na ergosfera existam apenas aqueles objetos que foram atraídos pelo buraco negro e que agora giram em torno dele - vários tipos de corpos cósmicos e gás cósmico. O horizonte de eventos é apenas uma fina fronteira implícita, uma vez além da qual, os mesmos corpos cósmicos são irrevogavelmente atraídos para o último componente principal do buraco negro - a singularidade. A natureza da singularidade não foi estudada hoje e é muito cedo para falar sobre sua composição.
De acordo com algumas suposições, um buraco negro pode consistir em nêutrons. Se seguirmos o cenário da ocorrência de um buraco negro como resultado da compressão de uma estrela em uma estrela de nêutrons com sua compressão subsequente, então, provavelmente, a parte principal do buraco negro consiste em nêutrons, dos quais a estrela de nêutrons em si consiste. Em palavras simples: Quando uma estrela colapsa, seus átomos são comprimidos de tal forma que os elétrons se combinam com os prótons, formando assim nêutrons. Tal reação de fato ocorre na natureza, com a formação de um nêutron, ocorre a emissão de neutrinos. No entanto, são apenas suposições.
Cair em um buraco negro astrofísico leva ao alongamento do corpo. Considere um astronauta suicida hipotético entrando em um buraco negro vestindo nada além de um traje espacial, com os pés primeiro. Atravessando o horizonte de eventos, o astronauta não notará nenhuma mudança, apesar de não ter mais a oportunidade de voltar. Em algum momento, o astronauta chegará a um ponto (um pouco atrás do horizonte de eventos) onde a deformação de seu corpo começará a ocorrer. Como o campo gravitacional de um buraco negro não é uniforme e é representado por um gradiente de força crescente em direção ao centro, as pernas do astronauta estarão sujeitas a um efeito gravitacional notavelmente maior do que, por exemplo, a cabeça. Então, devido à gravidade, ou melhor, às forças das marés, as pernas “cairão” mais rapidamente. Assim, o corpo começa a se esticar gradualmente em comprimento. Para descrever esse fenômeno, os astrofísicos criaram um termo bastante criativo - espaguetificação. O alongamento posterior do corpo provavelmente o decomporá em átomos, que, mais cedo ou mais tarde, atingirão uma singularidade. Pode-se apenas adivinhar como uma pessoa se sentirá nessa situação. Vale a pena notar que o efeito de esticar o corpo é inversamente proporcional à massa do buraco negro. Ou seja, se um BH com a massa de três sóis instantaneamente estica/quebra o corpo, então o buraco negro supermassivo terá forças de maré mais baixas e, há sugestões de que alguns materiais físicos poderiam “tolerar” tal deformação sem perder sua estrutura.
Como você sabe, perto de objetos massivos, o tempo flui mais lentamente, o que significa que o tempo para um astronauta suicida fluirá muito mais lentamente do que para os terráqueos. Nesse caso, talvez ele sobreviva não apenas a seus amigos, mas à própria Terra. Cálculos serão necessários para determinar quanto tempo irá desacelerar para um astronauta, mas pelo que foi dito acima, pode-se supor que o astronauta cairá no buraco negro muito lentamente e pode simplesmente não viver para ver o momento em que seu corpo começa a se deformar. .
Vale ressaltar que para um observador externo, todos os corpos que voaram até o horizonte de eventos permanecerão na borda desse horizonte até que sua imagem desapareça. A razão para este fenômeno é o redshift gravitacional. Simplificando um pouco, podemos dizer que a luz que incide sobre o corpo de um astronauta suicida "congelado" no horizonte de eventos mudará sua frequência devido ao seu tempo de desaceleração. À medida que o tempo passa mais lentamente, a frequência da luz diminui e o comprimento de onda aumenta. Como resultado desse fenômeno, na saída, ou seja, para um observador externo, a luz mudará gradualmente para a baixa frequência - vermelha. Ocorrerá uma mudança de luz ao longo do espectro, à medida que o astronauta suicida se afasta cada vez mais do observador, embora quase imperceptivelmente, e seu tempo flui cada vez mais devagar. Assim, a luz refletida por seu corpo logo ultrapassará o espectro visível (a imagem desaparecerá), e no futuro o corpo do astronauta poderá ser capturado apenas na área radiação infra-vermelha, mais tarde - na frequência de rádio e, como resultado, a radiação será completamente indescritível.
Apesar do que foi escrito acima, supõe-se que em buracos negros supermassivos muito grandes, as forças de maré não mudam tanto com a distância e atuam quase uniformemente no corpo em queda. Neste caso, a queda nave espacial manteria sua estrutura. Surge uma pergunta razoável - para onde leva o buraco negro? Esta pergunta pode ser respondida pelo trabalho de alguns cientistas, ligando dois fenômenos como buracos de minhoca e buracos negros.
Em 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen, levando em consideração, apresentaram uma hipótese sobre a existência dos chamados buracos de minhoca, conectando dois pontos do espaço-tempo por meio de locais de curvatura significativa deste último - a ponte Einstein-Rosen ou buraco de minhoca. Para uma curvatura tão poderosa do espaço, serão necessários corpos com uma massa gigantesca, com o papel dos quais os buracos negros lidariam perfeitamente.
A Ponte Einstein-Rosen é considerada um buraco de minhoca impenetrável, pois é pequena e instável.
Um buraco de minhoca atravessável é possível dentro da teoria dos buracos pretos e brancos. Onde o buraco branco é a saída da informação que caiu no buraco negro. O buraco branco é descrito no quadro da relatividade geral, mas hoje permanece hipotético e não foi descoberto. Outro modelo de buraco de minhoca foi proposto pelos cientistas americanos Kip Thorne e seu aluno de pós-graduação Mike Morris, o que pode ser aceitável. No entanto, como no caso do buraco de minhoca de Morris-Thorn, bem como no caso dos buracos preto e branco, a possibilidade de viajar exige a existência da chamada matéria exótica, que possui energia negativa e também permanece hipotética.
A existência de buracos negros foi confirmada há relativamente pouco tempo (setembro de 2015), mas antes disso já havia muito material teórico sobre a natureza dos buracos negros, bem como muitos objetos candidatos ao papel de um buraco negro. Em primeiro lugar, deve-se levar em conta as dimensões do buraco negro, pois a própria natureza do fenômeno depende delas:
O buraco negro mais próximo, ou melhor, um candidato ao papel de um buraco negro, é um objeto (V616 Unicorn), localizado a uma distância de 3000 anos-luz do Sol (em nossa galáxia). Consiste em dois componentes: uma estrela com uma massa de metade da massa solar, bem como um pequeno corpo invisível, cuja massa é de 3-5 massas solares. Se este objeto for um pequeno buraco negro de massa estelar, então, por certo, será o buraco negro mais próximo.
Seguindo este objeto, o segundo buraco negro mais próximo é Cyg X-1 (Cyg X-1), que foi o primeiro candidato ao papel de um buraco negro. A distância até ele é de aproximadamente 6070 anos-luz. Bastante bem estudado: tem uma massa de 14,8 massas solares e um raio de horizonte de eventos de cerca de 26 km.
De acordo com algumas fontes, outro candidato mais próximo para o papel de um buraco negro pode ser um corpo em sistema estelar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), estimado em 1999 a 1600 anos-luz de distância. No entanto, estudos subsequentes aumentaram essa distância em pelo menos 15 vezes.
Não há uma resposta exata para essa pergunta, pois é bastante difícil observá-los e, durante todo o estudo do céu, os cientistas conseguiram detectar cerca de uma dúzia de buracos negros dentro via Láctea. Sem entrar em cálculos, notamos que em nossa galáxia existem cerca de 100 a 400 bilhões de estrelas, e cada milésima estrela tem massa suficiente para formar um buraco negro. É provável que milhões de buracos negros possam ter se formado durante a existência da Via Láctea. Como é mais fácil registrar buracos negros enormes, é lógico supor que a maioria dos BHs em nossa galáxia não são supermassivos. Vale ressaltar que a pesquisa da NASA em 2005 sugere a presença de todo um enxame de buracos negros (10-20 mil) orbitando o centro da galáxia. Além disso, em 2016, astrofísicos japoneses descobriram um satélite massivo perto do objeto * - um buraco negro, o núcleo da Via Láctea. Devido ao pequeno raio (0,15 anos-luz) deste corpo, bem como à sua enorme massa (100.000 massas solares), os cientistas sugerem que este objeto também seja um buraco negro supermassivo.
O núcleo da nossa galáxia, o buraco negro da Via Láctea (Sagitário A *, Sgr A * ou Sagitário A *) é supermassivo e tem uma massa de 4,31 10 6 massas solares e um raio de 0,00071 anos-luz (6,25 horas-luz ou 6,75 bilhões de km). A temperatura de Sagitário A* junto com o aglomerado ao seu redor é de cerca de 1 10 7 K.
O maior buraco negro do universo que os cientistas conseguiram detectar é um buraco negro supermassivo, o FSRQ blazar, no centro da galáxia S5 0014+81, a uma distância de 1,2·10 10 anos-luz da Terra. De acordo com resultados preliminares de observação, usando o observatório espacial Swift, a massa do buraco negro era de 40 bilhões (40 10 9) de massas solares, e o raio de Schwarzschild desse buraco era de 118,35 bilhões de quilômetros (0,013 anos-luz). Além disso, segundo cálculos, surgiu há 12,1 bilhões de anos (1,6 bilhão de anos após o Big Bang). Se esse buraco negro gigante não absorver a matéria ao seu redor, viverá para ver a era dos buracos negros - uma das eras do desenvolvimento do Universo, durante a qual os buracos negros dominarão. Se o núcleo da galáxia S5 0014+81 continuar a crescer, então se tornará um dos últimos buracos negros que existirão no universo.
Os outros dois buracos negros conhecidos, embora não nomeados, têm valor mais alto para o estudo de buracos negros, uma vez que confirmaram sua existência experimentalmente, e também deram resultados importantes estudar a gravidade. Estamos falando do evento GW150914, que é chamado de colisão de dois buracos negros em um. Este evento permitiu registrar .
Antes de considerar métodos para detectar buracos negros, deve-se responder à pergunta - por que um buraco negro é negro? - a resposta para isso não requer profundo conhecimento em astrofísica e cosmologia. O fato é que um buraco negro absorve toda a radiação que incide sobre ele e não irradia nada, se você não levar em conta o hipotético. Se considerarmos esse fenômeno com mais detalhes, podemos supor que não há processos dentro de buracos negros que levem à liberação de energia na forma de radiação eletromagnética. Então, se o buraco negro irradia, então está no espectro Hawking (que coincide com o espectro de um corpo aquecido e absolutamente preto). No entanto, como mencionado anteriormente, essa radiação não foi detectada, o que sugere uma temperatura completamente baixa dos buracos negros.
Outra teoria amplamente aceita é que radiação eletromagnética e não consegue sair do horizonte de eventos. É mais provável que os fótons (partículas de luz) não sejam atraídos por objetos massivos, pois, segundo a teoria, eles próprios não têm massa. No entanto, o buraco negro ainda "atrai" os fótons de luz através da distorção do espaço-tempo. Se imaginarmos um buraco negro no espaço como uma espécie de depressão na superfície lisa do espaço-tempo, então há uma certa distância do centro do buraco negro, aproximando-se da qual a luz não poderá mais se afastar dele . Ou seja, grosso modo, a luz começa a “cair” no “poço”, que nem tem “fundo”.
Além disso, se levarmos em conta o efeito do desvio gravitacional para o vermelho, é possível que a luz em um buraco negro perca sua frequência, deslocando-se ao longo do espectro para a região de radiação de ondas longas de baixa frequência, até perder energia completamente.
Então, um buraco negro é preto e, portanto, difícil de detectar no espaço.
Considere os métodos que os astrônomos usam para detectar um buraco negro:
Além dos métodos mencionados acima, os cientistas costumam associar objetos como buracos negros e. Quasares são alguns aglomerados de corpos cósmicos e gás, que estão entre os objetos astronômicos mais brilhantes do Universo. Como eles têm uma alta intensidade de luminescência em tamanhos relativamente pequenos, há razões para acreditar que o centro desses objetos é um buraco negro supermassivo, que atrai a matéria circundante para si. Devido a uma atração gravitacional tão poderosa, a matéria atraída é tão aquecida que irradia intensamente. A detecção de tais objetos é geralmente comparada com a detecção de um buraco negro. Às vezes, os quasares podem emitir jatos de plasma aquecido em duas direções - jatos relativísticos. As razões para o surgimento de tais jatos (jato) não são completamente claras, mas provavelmente são causadas pela interação dos campos magnéticos do BH e do disco de acreção, e não são emitidos por um buraco negro direto.
Um jato na galáxia M87 atingindo o centro de um buraco negro
Resumindo o exposto, pode-se imaginar, de perto: é um objeto esférico preto, em torno do qual gira matéria fortemente aquecida, formando um disco de acreção luminoso.
Um dos fenômenos mais interessantes da astrofísica é a colisão de buracos negros, que também possibilita a detecção de corpos astronômicos tão massivos. Tais processos interessam não apenas aos astrofísicos, pois resultam em fenômenos pouco estudados pelos físicos. O exemplo mais brilhanteé o evento mencionado anteriormente chamado GW150914, quando dois buracos negros se aproximaram tanto que, como resultado da atração gravitacional mútua, eles se fundiram em um. Uma consequência importante dessa colisão foi o surgimento de ondas gravitacionais.
De acordo com a definição de ondas gravitacionais, estas são mudanças no campo gravitacional que se propagam de maneira ondulatória a partir de objetos em movimento massivos. Quando dois desses objetos se aproximam, eles começam a girar em torno de um centro de gravidade comum. À medida que se aproximam, sua rotação em torno de seu próprio eixo aumenta. Tais oscilações variáveis do campo gravitacional em algum ponto podem formar uma poderosa onda gravitacional que pode se propagar no espaço por milhões de anos-luz. Assim, a uma distância de 1,3 bilhão de anos-luz, ocorreu a colisão de dois buracos negros, que formaram uma poderosa onda gravitacional que atingiu a Terra em 14 de setembro de 2015 e foi registrada pelos detectores LIGO e VIRGO.
Obviamente, para um buraco negro deixar de existir, ele precisaria perder toda a sua massa. No entanto, de acordo com sua definição, nada pode deixar o buraco negro se ele cruzou seu horizonte de eventos. Sabe-se que pela primeira vez o físico teórico soviético Vladimir Gribov mencionou a possibilidade de emissão de partículas por um buraco negro em sua discussão com outro cientista soviético Yakov Zeldovich. Ele argumentou que, do ponto de vista da mecânica quântica, um buraco negro é capaz de emitir partículas através de um efeito de túnel. Mais tarde, com a ajuda da mecânica quântica, ele construiu sua própria teoria, um tanto diferente, a do físico teórico inglês Stephen Hawking. Você pode ler mais sobre esse fenômeno. Em suma, existem as chamadas partículas virtuais no vácuo, que nascem constantemente em pares e se aniquilam, sem interagir com o mundo circundante. Mas se esses pares surgem no horizonte de eventos do buraco negro, então a forte gravidade é hipoteticamente capaz de separá-los, com uma partícula caindo no buraco negro e a outra saindo do buraco negro. E como uma partícula que voou para longe de um buraco pode ser observada e, portanto, tem energia positiva, uma partícula que caiu em um buraco deve ter energia negativa. Assim, o buraco negro perderá sua energia e haverá um efeito chamado evaporação do buraco negro.
De acordo com os modelos disponíveis de um buraco negro, como mencionado anteriormente, à medida que sua massa diminui, sua radiação se torna mais intensa. Então, no estágio final da existência de um buraco negro, quando ele puder ser reduzido ao tamanho de um buraco negro quântico, ele liberará uma enorme quantidade de energia na forma de radiação, que pode ser equivalente a milhares ou até milhões de bombas atômicas. Este evento lembra um pouco a explosão de um buraco negro, como a mesma bomba. Segundo cálculos, buracos negros primordiais poderiam ter nascido como resultado do Big Bang, e aqueles deles, cuja massa é da ordem de 10 12 kg, deveriam ter evaporado e explodido em nossa época. Seja como for, tais explosões nunca foram vistas pelos astrônomos.
Apesar do mecanismo proposto por Hawking para a destruição dos buracos negros, as propriedades da radiação de Hawking causam um paradoxo no âmbito da mecânica quântica. Se um buraco negro absorve algum corpo e depois perde a massa resultante da absorção desse corpo, então, independentemente da natureza do corpo, o buraco negro não será diferente do que era antes da absorção do corpo. Nesse caso, as informações sobre o corpo são perdidas para sempre. Do ponto de vista dos cálculos teóricos, a transformação do original estado puro na mistura resultante (“térmica”) não corresponde à teoria atual da mecânica quântica. Esse paradoxo às vezes é chamado de desaparecimento de informações em um buraco negro. Uma solução real para este paradoxo nunca foi encontrada. Variantes conhecidas soluções para o paradoxo:
A julgar por tudo o que foi descrito anteriormente, os buracos negros, embora tenham sido estudados por um tempo relativamente longo, ainda possuem muitas características, cujos mecanismos ainda não são conhecidos pelos cientistas.
Resumindo o exposto, podemos destacar várias características interessantes e incomuns da natureza dos buracos negros:
Edição 39
Em uma nova videoaula de astronomia, o professor falará sobre como os buracos negros se formam e por que eles são perigosos.
Buracos negros não podem ser tocados e não podem ser pisados. Os buracos negros são chamados de áreas no espaço-tempo, que formam uma atração superpoderosa. A gravidade dobra o espaço e o tempo, o que significa que dentro buraco negro não há linhas retas, o espaço é amassado e entrelaçado. Se uma estrela se formar ao lado de um buraco negro, então as forças gravitacionais do buraco negro vão rasgar a estrela e ela desaparecerá nas entranhas do buraco. Se algo cai em um buraco negro, fica lá para sempre. Para superar a poderosa atração de um buraco negro, é necessário desenvolver uma velocidade maior que a velocidade da luz, mas isso, infelizmente, é impossível. Os cientistas não sabem exatamente como os buracos negros supermassivos se formam, mas com os buracos negros comuns tudo é mais ou menos claro. No processo de evolução de uma estrela, o hidrogênio queima gradualmente, consequentemente, sua quantidade diminui, o que leva ao fato de que a força da pressão da luz começa a exceder a força da compressão gravitacional. A estrela aumenta muito de tamanho e se transforma em uma gigante vermelha, que posteriormente explode. Após a explosão, a compressão começa, então a estrela esfria e não se torna diretamente visível. Mas, se a massa do remanescente da gigante vermelha exceder a massa solar em 2-2,5 vezes, sua compressão não poderá parar, pois força gravitacional suprime completamente a resistência à compressão, como resultado, esse resíduo é comprimido em um corpo minúsculo e denso, como se estivesse fechado em si mesmo. E é nesse momento de colapso gravitacional (compressão) que se formam os buracos negros. Como resultado, verifica-se que a massa está concentrada em uma área tão pequena que nem a velocidade da luz é suficiente para deixar sua vizinhança. Portanto, a primeira parte do nome é preta, pois é capaz de absorver até mesmo a luz. A segunda parte - um buraco - significa que tudo o que cai na região de um buraco negro se torna para sempre inacessível à observação.
Parte da atração gravitacional antes que ele possa ver qualquer coisa. Os cientistas realizaram todos os cálculos para os mais simples esfericamente simétricos Preto furos, cujo raio é igual ao raio de Schwarzschild. Preto furos, formados durante o colapso das estrelas, têm características mais complexas. No entanto, como observam os autores, com o tempo eles se tornam cada vez mais ...
https://www.site/journal/117634
Ou seja, aproximadamente 1,6x10-35 metros. Os cálculos mostram que a formação de microscópicos Preto furos. Lembre-se que de acordo com ideias modernas, o tempo de vida de tais objetos é extremamente curto - eles evaporam em ... Hawking. No entanto, os pesquisadores mostraram que, sob sua hipótese Preto furos pode estar em algum estado estável. Os cálculos mostram que tal Preto furos terá propriedades semelhantes a partículas elementares. Em particular, ...
https://www.site/journal/118249
Narrado em uma reunião da American Astronomical Society. Os astrônomos acreditam que alguns supermassivos Preto furos, localizado em galáxias vizinhas pelo menos duas vezes, e talvez quatro, ... A descoberta pode mudar a ideia de como as galáxias se formam e qual o papel que desempenham no universo Preto furos. No final do mês passado, uma equipe de pesquisadores liderada por Andrew Fabian, Universidade de Cambridge...
https://www.site/journal/118608
Alcance 400.000 anos-luz. Segundo os pesquisadores, 10-20 por cento de todo o ferro nas galáxias pode ser transportado de um lugar para outro. Preto furos. Além disso, os cientistas descobriram que as emissões de um objeto compacto levam à formação nos arredores buraco gás de vazios colossais. Os tamanhos de alguns deles chegam a 670 mil anos-luz. Principalmente para estudar...
https://www.site/journal/120495
Atualmente trabalhando nos EUA, eles propuseram uma maneira de criar um dispositivo cujas propriedades serão semelhantes às de Preto furos. Tal dispositivo deve ser baseado em uma estrutura cilíndrica, uma concha e parte interna que diferem em... absorvidos. Os autores novo emprego implementou a ideia de cientistas russos na prática. Para criar um micro-ondas Preto furos pesquisadores usaram metamateriais - substâncias especiais que podem dobrar especificamente os caminhos que passam por eles ...
https://www.site/journal/121214
Para dobrar, movendo-se em espiral em direção ao seu centro - assim como Preto furos, embora por razões completamente diferentes. Se um Preto buraco atua graças à sua colossal força de atração, uma ferramenta inventada por Narimanov e Kildishev, ... (Tie Jun Cui) e Qiang Cheng tornou realidade, criando um simulado “ Preto buraco capaz de capturar e absorver a radiação de micro-ondas. O dispositivo é um cilindro composto por 60 camadas anulares de metamateriais porosos...
https://www.site/journal/121533
Que J0005-0006 e J0303-0019 se formaram logo após o Big Bang, determinando sua massa Preto furos. Quanto mais poeira aquecida estiver no quasar, maior será a massa Preto furos(ela tem muito "alimento" para crescer). Massas Preto furos J0005-0006 e J0303-0019 foram os menores quasares conhecidos no universo jovem. Recentemente...
https://www.site/journal/124842
Einstein-Rosen. Esses objetos são túneis hipotéticos conectando várias regiões espaço. Poplavsky acredita que a outra extremidade do buraco de minhoca Preto furos conectado ao branco buraco(antípoda Preto furos Uma região do espaço em que nada pode entrar. Ao mesmo tempo, surgem condições dentro do buraco de minhoca que se assemelham a um Universo em expansão, semelhante ao que observamos ...
