Considere o misterioso e invisível buracos negros no Universo: fatos interessantes, pesquisas de Einstein, tipos supermassivos e intermediários, teoria, estrutura.
- um dos objetos mais interessantes e misteriosos do espaço sideral. Eles têm uma alta densidade e a força gravitacional é tão poderosa que nem a luz pode escapar além dela.
Pela primeira vez, Albert Einstein falou sobre buracos negros em 1916, quando criou a teoria geral da relatividade. O próprio termo se originou em 1967 graças a John Wheeler. E o primeiro buraco negro foi "observado" em 1971.
A classificação dos buracos negros inclui três tipos: buracos negros de massa estelar, buracos negros supermassivos e de massa intermediária. Não deixe de assistir o vídeo sobre buracos negros para aprender muito fatos interessantes e conheça mais de perto essas misteriosas formações espaciais.
Quando uma estrela fica sem combustível, ela pode iniciar o processo de autodestruição. Se sua massa fosse três vezes a do Sol, o núcleo restante se tornaria uma estrela de nêutrons ou uma anã branca. Mas a estrela maior se transforma em um buraco negro.
Esses objetos são pequenos, mas têm uma densidade incrível. Imagine que à sua frente está um objeto do tamanho de uma cidade, mas sua massa é três vezes a do sol. Isso cria uma força gravitacional incrivelmente grande que atrai poeira e gás, aumentando seu tamanho. Você ficará surpreso, mas várias centenas de milhões de buracos negros estelares podem ser localizados nele.
Claro, nada no universo se compara aos terríveis buracos negros supermassivos. Eles são bilhões de vezes a massa do sol. Acredita-se que tais objetos existam em quase todas as galáxias. Os cientistas ainda não conhecem todos os meandros do processo de formação. Muito provavelmente, eles crescem devido ao acúmulo de massa da poeira e gás circundantes.
Talvez eles devam sua escala à fusão de milhares de pequenos buracos negros. Ou um aglomerado estelar inteiro pode entrar em colapso.
Buracos negros no centro das galáxias
A astrofísica Olga Silchenko sobre a descoberta de um buraco negro supermassivo na Nebulosa de Andrômeda, pesquisa de John Kormendy e corpos gravitacionais escuros:
Natureza das fontes de rádio cósmicas
O astrofísico Anatoly Zasov sobre radiação síncrotron, buracos negros nos núcleos de galáxias distantes e gás neutro:
Recentemente, cientistas descobriram o novo tipo- buracos negros de massa média (intermediário). Eles podem se formar quando estrelas em um aglomerado colidem em uma reação em cadeia. Como resultado, eles caem para o centro e formam um buraco negro supermassivo.
Em 2014, os astrônomos descobriram um tipo intermediário no braço de uma galáxia espiral. Eles são muito difíceis de encontrar porque podem estar localizados em lugares imprevisíveis.
micro buracos negros
O físico Eduard Boos sobre a segurança do LHC, o nascimento de um microburaco negro e o conceito de uma membrana:
Os buracos negros são objetos extremamente massivos, mas cobrem uma quantidade relativamente modesta de espaço. Além disso, eles têm uma gravidade enorme, não permitindo que objetos (e até luz) saiam de seu território. No entanto, eles não podem ser vistos diretamente. Os pesquisadores precisam recorrer à radiação que sai quando um buraco negro é alimentado.
Curiosamente, acontece que a matéria que se dirige para um buraco negro ricocheteia no horizonte de eventos e é jogada fora. Nesse caso, jatos brilhantes de material são formados, movendo-se em velocidades relativísticas. Estas emissões podem ser fixadas a longas distâncias.
- objetos incríveis nos quais a força da gravidade é tão grande que pode dobrar a luz, distorcer o espaço e distorcer o tempo.
Existem três camadas nos buracos negros: os horizontes de eventos externos e internos e a singularidade.
O horizonte de eventos de um buraco negro é o limite onde a luz não tem chance de escapar. Assim que uma partícula cruzar esse limite, ela não poderá sair. A região interna onde a massa do buraco negro está localizada é chamada de singularidade.
Se falarmos do ponto de vista da mecânica clássica, nada pode deixar um buraco negro. Mas o quantum faz sua própria correção. O fato é que toda partícula tem uma antipartícula. Eles têm as mesmas massas, mas cargas diferentes. Se eles se cruzarem, eles podem aniquilar um ao outro.
Quando tal par ocorre fora do horizonte de eventos, um deles pode ser atraído e o segundo será repelido. Por causa disso, o horizonte pode encolher e o buraco negro pode entrar em colapso. Os cientistas ainda estão tentando estudar esse mecanismo.
acreção
O astrofísico Sergei Popov sobre buracos negros supermassivos, formação de planetas e acréscimo de matéria no início do Universo:
Os buracos negros mais famosos
Se de forma mais ampla, um buraco negro é uma certa área no espaço na qual uma quantidade tão grande de massa está concentrada que nenhum objeto pode escapar da influência gravitacional. Quando se trata de gravidade, contamos com a teoria geral da relatividade proposta por Albert Einstein. Para entender os detalhes do objeto em estudo, iremos passo a passo.
Vamos imaginar que você está na superfície do planeta e joga uma pedra. Se você não tiver o poder do Hulk, não poderá aplicar força suficiente. Então a pedra subirá a uma certa altura, mas sob a pressão da gravidade ela cairá de volta. Se você tiver o potencial oculto do homem forte verde, poderá dar ao objeto aceleração suficiente, devido à qual ele deixa completamente a zona de influência gravitacional. Isso é chamado de "velocidade descontrolada".
Se dividido em uma fórmula, essa velocidade depende da massa planetária. Quanto maior, mais poderoso é o aperto gravitacional. A velocidade de partida dependerá exatamente de onde você estiver: quanto mais próximo do centro, mais fácil será sair. A velocidade de partida do nosso planeta é de 11,2 km/s, mas é de 2,4 km/s.
Estamos nos aproximando do mais interessante. Digamos que você tenha um objeto com uma incrível concentração de massa reunido em um lugar minúsculo. Neste caso, a velocidade de escape excede a velocidade da luz. E sabemos que nada se move mais rápido do que esse indicador, o que significa que ninguém pode superar tal força e escapar. Nem mesmo um feixe de luz pode fazê-lo!
No século 18, Laplace refletiu sobre a extrema concentração de massa. Depois teoria geral relatividade Karl Schwarzschild foi capaz de encontrar solução matemática para a equação da teoria descrever um objeto semelhante. Outras contribuições foram feitas por Oppenheimer, Wolkoff e Snyder (1930). A partir desse momento, as pessoas começaram a discutir este tema a sério. Ficou claro que quando uma estrela massiva fica sem combustível, ela é incapaz de suportar a força da gravidade e deve colapsar em um buraco negro.
Na teoria de Einstein, a gravidade é uma manifestação da curvatura no espaço e no tempo. O fato é que as regras geométricas usuais não funcionam aqui e objetos massivos distorcem o espaço-tempo. Um buraco negro tem propriedades bizarras, então sua distorção é mais claramente visível. Por exemplo, um objeto tem um "horizonte de eventos". Esta é a superfície da esfera, marcando a característica do buraco. Ou seja, se você ultrapassar esse limite, não há como voltar atrás.
Literalmente, este é o lugar onde a velocidade de fuga é igual à velocidade da luz. Fora deste ponto, a velocidade de escape é menor que a velocidade da luz. Mas se o seu foguete for capaz de acelerar, haverá energia suficiente para escapar.
O horizonte em si é bastante estranho em termos de geometria. Se você estiver longe, sentirá que está olhando para uma superfície estática. Mas se você se aproximar, perceberá que está se movendo para fora na velocidade da luz! Agora entendo porque é fácil entrar, mas tão difícil escapar. Sim, isso é muito confuso, porque de fato o horizonte está parado, mas ao mesmo tempo está correndo na velocidade da luz. É como na situação com Alice, que teve que correr o mais rápido possível só para ficar no lugar.
Ao atingir o horizonte, o espaço e o tempo experimentam uma distorção tão forte que as coordenadas começam a descrever os papéis da distância radial e do tempo de comutação. Ou seja, "r", que marca a distância do centro, torna-se temporário, e "t" passa a ser responsável pela "espacialidade". Como resultado, você não poderá parar de se mover com um r menor, assim como não poderá entrar no futuro no tempo normal. Você chegará a uma singularidade, onde r = 0. Você pode lançar foguetes, fazer o motor funcionar ao máximo, mas não pode escapar.
O termo "buraco negro" foi cunhado por John Archibald Wheeler. Antes disso, eles eram chamados de "estrelas resfriadas".
O físico Emil Akhmedov sobre o estudo de buracos negros, Karl Schwarzschild e buracos negros gigantes:
Existem duas maneiras de calcular o quão grande algo é. Você pode nomear a massa ou o tamanho que a área ocupa. Se tomarmos o primeiro critério, não há limite específico para a massividade de um buraco negro. Você pode usar qualquer quantidade, desde que possa comprimi-la na densidade certa.
A maioria dessas formações apareceu após a morte de estrelas massivas, então podemos esperar que seu peso seja equivalente. A massa típica para tal buraco deve ser 10 vezes maior que a do sol - 10 31 kg. Além disso, cada galáxia deve ter um buraco negro supermassivo central, cuja massa excede a solar em um milhão de vezes - 10 36 kg.
Quanto mais massivo o objeto, mais massa ele engloba. O raio e a massa do horizonte são diretamente proporcionais, ou seja, se um buraco negro pesa 10 vezes mais que outro, seu raio é 10 vezes maior. O raio de um buraco com massividade solar é de 3 km, e se for um milhão de vezes maior, então 3 milhões de km. Parece que estas são coisas incrivelmente massivas. Mas não vamos esquecer que para astronomia estes são conceitos padrão. O raio solar atinge 700.000 km, enquanto um buraco negro tem 4 vezes mais.
Digamos que você está sem sorte e sua nave está indo inexoravelmente em direção a um buraco negro supermassivo. Não adianta brigar. Você acabou de desligar os motores e ir em direção ao inevitável. O que esperar?
Vamos começar com a ausência de peso. Você está em queda livre, então a tripulação, o navio e todos os detalhes são leves. Quanto mais perto você chega do centro do buraco, mais sente as marés. forças gravitacionais. Por exemplo, suas pernas estão mais próximas do centro do que sua cabeça. Então você começa a sentir que está sendo esticado. No final, você será apenas despedaçado.
Essas forças são imperceptíveis até que você chegue a 600.000 km do centro. Já está além do horizonte. Mas estamos falando de um objeto enorme. Se você cair em um buraco de massa solar, as forças de maré o engolirão a 6.000 km do centro e o despedaçarão antes de chegar ao horizonte (é por isso que o enviamos para um grande buraco para que você possa morrer dentro do buraco, não a caminho).
O que esta dentro? Não quero decepcionar, mas nada notável. Alguns objetos podem ter aparência distorcida e nada mais fora do comum. Mesmo depois de cruzar o horizonte, você verá as coisas ao seu redor enquanto elas se movem com você.
Quanto tempo tudo isso vai demorar? Tudo depende da sua distância. Por exemplo, você partiu de um ponto de repouso, onde a singularidade é 10 vezes o raio do buraco. Levará apenas 8 minutos para se aproximar do horizonte e depois mais 7 segundos para entrar na singularidade. Se você cair em um pequeno buraco negro, tudo acontecerá mais rápido.
Assim que você pisar no horizonte, você pode atirar foguetes, gritar e chorar. Você tem 7 segundos para tudo isso, até entrar na singularidade. Mas nada vai salvar. Então é só curtir o passeio.
Digamos que você está condenado e cai em um buraco, e seu amigo/namorada está assistindo de longe. Bem, ele vai ver as coisas de forma diferente. Ele notará que mais perto do horizonte você diminuirá a velocidade. Mas mesmo que uma pessoa fique sentada por cem anos, ela não esperará até que você alcance o horizonte.
Vamos tentar explicar. Um buraco negro pode ter vindo de uma estrela em colapso. Como o material está sendo destruído, Cyril (que ele seja seu amigo) vê sua diminuição, mas nunca notará a aproximação do horizonte. É por isso que eles foram chamados de "estrelas congeladas", porque parecem congelar com um certo raio.
Qual é o problema? Vamos chamar isso de ilusão de ótica. Para formar um buraco, não é necessário o infinito, assim como cruzar o horizonte. Conforme você se aproxima, a luz demora mais para chegar a Cyril. Para ser mais preciso, a radiação em tempo real de sua transição será fixada no horizonte para sempre. Você já ultrapassou a linha há muito tempo e Kirill ainda está observando o sinal de luz.
Ou você pode se aproximar do outro lado. O tempo se estende mais perto do horizonte. Por exemplo, você tem uma nave superpoderosa. Você conseguiu se aproximar do horizonte, ficar lá por alguns minutos e sair vivo para Kirill. Quem você vai ver? Velhote! Para você, o tempo passou muito mais devagar.
O que então é verdade? Ilusão ou jogo do tempo? Tudo depende do sistema de coordenadas usado para descrever o buraco negro. Se confiarmos nas coordenadas de Schwarzschild, ao cruzar o horizonte, a coordenada de tempo (t) é igual ao infinito. Mas os indicadores desse sistema fornecem uma visão embaçada do que está acontecendo perto do próprio objeto. Na linha do horizonte, todas as coordenadas estão distorcidas (singularidade). Mas você pode usar ambos os sistemas de coordenadas, então duas respostas são válidas.
Na realidade, você simplesmente se tornará invisível e Cyril deixará de vê-lo antes mesmo de passar muito tempo. Não se esqueça do redshift. Você emite luz observável em um determinado comprimento de onda, mas Cyril a verá em um comprimento de onda maior. As ondas se alongam à medida que se aproximam do horizonte. Além disso, não esqueça que a radiação ocorre em certos fótons.
Por exemplo, no momento da transição, você enviará o último fóton. Ele chegará a Cyril em um determinado tempo finito (cerca de uma hora para um buraco negro supermassivo).
Claro que não. Não se esqueça da existência do horizonte de eventos. Somente desta área você não pode sair. Basta não se aproximar dela e se sentir calmo. Além disso, com distância segura este objeto parecerá a você o mais comum.
Paradoxo da Informação de Hawking
O físico Emil Akhmedov sobre o efeito da gravidade nas ondas eletromagnéticas, o paradoxo informacional dos buracos negros e o princípio da previsibilidade na ciência:
Não entre em pânico, pois o Sol nunca se transformará em tal objeto porque simplesmente não tem massa suficiente. Além disso, manterá a sua actual aparência outros 5 bilhões de anos. Então ele passará para o estágio da gigante vermelha, absorvendo Mercúrio, Vênus e fritando bem nosso planeta, e então se tornará uma anã branca comum.
Mas vamos entrar na fantasia. Então o sol se tornou um buraco negro. Para começar, a escuridão e o frio nos envolverão imediatamente. A Terra e outros planetas não serão sugados pelo buraco. Eles continuarão a girar em torno do novo objeto em órbitas normais. Por quê? Porque o horizonte atingirá apenas 3 km, e a gravidade não poderá fazer nada conosco.
Sim. Naturalmente, não podemos confiar na observação visível, pois a luz não escapa. Mas há provas circunstanciais. Por exemplo, você vê uma área onde poderia haver um buraco negro. Como verificar isso? Comece medindo seu peso. Se você pode ver que há muito disso em uma área ou parece invisível, então você está no caminho certo. Existem dois pontos de busca: o centro galáctico e os sistemas binários de raios-X.
Assim, objetos centrais massivos foram encontrados em 8 galáxias, cuja massa de núcleos varia de um milhão a um bilhão de solares. A massa é calculada observando a velocidade de rotação das estrelas e do gás em torno do centro. Quanto mais rápido, mais massa deve ser para mantê-los em órbita.
Esses objetos massivos são considerados buracos negros por duas razões. Bem, simplesmente não há outras opções. Não há nada mais maciço, mais escuro e mais compacto. Além disso, existe uma teoria de que todas as galáxias ativas e grandes têm um monstro escondido no centro. No entanto, isso não é 100% prova.
Mas duas descobertas recentes falam a favor da teoria. Um sistema de "maser de água" foi notado perto da galáxia ativa mais próxima ( fonte poderosa radiação de microondas) perto do núcleo. Usando um interferômetro, os cientistas exibiram a distribuição das velocidades dos gases. Ou seja, eles mediram a velocidade dentro de meio ano-luz no centro galáctico. Isso os ajudou a entender que há um objeto massivo em seu interior, cujo raio chega a meio ano-luz.
A segunda descoberta é ainda mais convincente. Usando raios-X, os pesquisadores se depararam com a linha espectral do núcleo galáctico, indicando a presença de átomos próximos, cuja velocidade é incrivelmente alta (1/3 da velocidade da luz). Além disso, a radiação correspondeu ao desvio para o vermelho, que corresponde ao horizonte do buraco negro.
Outra classe pode ser encontrada na Via Láctea. Estes são buracos negros estelares que se formam após uma explosão de supernova. Se existissem separadamente, então, mesmo de perto, dificilmente perceberíamos. Mas temos sorte, porque a maioria existe em sistemas binários. Eles são fáceis de encontrar, pois o buraco negro puxará a massa de seu vizinho e o influenciará com a gravidade. O material “arrancado” forma um disco de acreção, no qual tudo aquece, o que significa que cria uma forte radiação.
Suponha que você conseguiu encontrar um sistema binário. Como entender que um objeto compacto é um buraco negro? Novamente nos voltamos para as massas. Para fazer isso, meça a velocidade orbital de uma estrela próxima. Se a massa é incrivelmente grande para um tamanho tão pequeno, não há mais opções.
Este é um mecanismo complexo. Stephen Hawking levantou um tópico semelhante na década de 1970. Ele disse que os buracos negros não são exatamente "negros". Existem efeitos da mecânica quântica que fazem com que ela crie radiação. Gradualmente, o buraco começa a encolher. A taxa de radiação aumenta com a diminuição da massa, de modo que o buraco irradia mais e acelera o processo de contração até se dissolver.
No entanto, este é apenas um esquema teórico, porque ninguém pode dizer exatamente o que acontece na última etapa. Alguns pensam que uma pegada pequena, mas estável, permanece. Teorias modernas ainda não inventaram nada melhor. Mas o processo em si é incrível e complexo. É necessário calcular os parâmetros em um espaço-tempo curvo, e os resultados em si não podem ser verificados nas condições usuais.
Aqui você pode usar a Lei de Conservação de Energia, mas apenas por curtos períodos. O universo pode criar energia e massa a partir do zero, mas eles devem desaparecer rapidamente. Uma das manifestações são as flutuações de vácuo. Pares de partículas e antipartículas crescem do nada, existem por um certo período de tempo e perecem em aniquilação mútua. Quando eles aparecem equilíbrio energético está quebrado, mas tudo é restaurado após o desaparecimento. Parece fantástico, mas esse mecanismo foi confirmado experimentalmente.
Digamos que uma das flutuações do vácuo atue perto do horizonte de um buraco negro. Talvez uma das partículas caia para dentro, enquanto a segunda escapa. A fugitiva leva consigo parte da energia do buraco e pode cair nos olhos do observador. Parecerá a ele que o objeto escuro simplesmente liberou uma partícula. Mas o processo se repete e vemos um fluxo contínuo de radiação do buraco negro.
Já dissemos que parece a Cyril que você precisa do infinito para ultrapassar a linha do horizonte. Além disso, foi mencionado que os buracos negros evaporam após um intervalo de tempo finito. Então, quando você chegar ao horizonte, o buraco desaparecerá?
Não. Quando descrevemos as observações de Kirill, não falamos sobre o processo de evaporação. Mas, se esse processo estiver presente, tudo muda. Seu amigo vai ver você voar no horizonte no momento da evaporação. Por quê?
Cyril é dominado por uma ilusão de ótica. A luz emitida no horizonte de eventos leva muito tempo para chegar a um amigo. Se o buraco durar para sempre, a luz pode viajar indefinidamente e Kirill não esperará pela transição. Mas, se o buraco evaporou, nada impedirá a luz e chegará ao cara no momento da explosão da radiação. Mas você não se importa mais, porque você morreu há muito tempo na singularidade.
As fórmulas da teoria da relatividade geral recurso interessante- simetria no tempo. Por exemplo, em qualquer equação, você pode imaginar que o tempo flui para trás e obter uma solução diferente, mas ainda correta. Se aplicarmos este princípio aos buracos negros, nasce um buraco branco.
Um buraco negro é uma certa área da qual nada pode escapar. Mas a segunda opção é um buraco branco no qual nada pode cair. Na verdade, repele tudo. Embora, do ponto de vista matemático, tudo pareça suave, mas isso não prova sua existência na natureza. Muito provavelmente, eles não são, bem como uma maneira de descobrir.
Até este ponto, falamos sobre o clássico buraco negro. Eles não giram e são desprovidos de carga elétrica. Mas na versão oposta, começa a mais interessante. Por exemplo, você pode entrar, mas evitar a singularidade. Além disso, seu "interior" é capaz de entrar em contato com o buraco branco. Ou seja, você se encontrará em uma espécie de túnel, onde o buraco negro é a entrada e o buraco branco é a saída. Essa combinação é chamada de buraco de minhoca.
Curiosamente, um buraco branco pode estar em qualquer lugar, mesmo em outro universo. Se conseguirmos gerenciar esses buracos de minhoca, forneceremos transporte rápido para qualquer área do espaço. E ainda mais legal - a possibilidade de viajar no tempo.
Mas não faça sua mochila até saber algumas coisas. Infelizmente, há uma alta probabilidade de que não existam tais formações. Já dissemos que os buracos brancos são uma conclusão de fórmulas matemáticas, e não um objeto real e confirmado. E todos os buracos negros observados criam a queda da matéria e não formam buracos de minhoca. E a parada final é a singularidade.
Os buracos negros são um dos fenômenos mais estranhos do universo. Em qualquer caso, nesta fase do desenvolvimento humano. Este é um objeto com massa e densidade infinitas e, portanto, atração, além da qual nem a luz pode escapar - portanto, o buraco é preto. Um buraco negro supermassivo pode puxar uma galáxia inteira para dentro de si e não sufocar, e além do horizonte de eventos, a física familiar começa a gritar e torcer em um nó. Por outro lado, os buracos negros podem se tornar potenciais "tocas" de transição de um nó do espaço para outro. A questão é, quão perto podemos chegar de um buraco negro, e será repleto de consequências?
O buraco negro supermassivo Sagitário A*, localizado no centro da nossa galáxia, não apenas suga objetos próximos, mas também emite poderosas emissões de rádio. Os cientistas há muito tentam ver esses raios, mas eles foram interferidos pela luz espalhada ao redor do buraco. Finalmente, eles conseguiram romper o ruído da luz com a ajuda de 13 telescópios, que combinados em um único sistema poderoso. Posteriormente, descobriram informação interessante sobre raios anteriormente misteriosos.
Há poucos dias, em 14 de março, um dos físicos mais destacados do nosso tempo deixou este mundo,
Toda pessoa que se familiariza com a astronomia, mais cedo ou mais tarde, experimenta uma forte curiosidade sobre os objetos mais misteriosos do universo - os buracos negros. Estes são os verdadeiros mestres das trevas, capazes de "engolir" qualquer átomo que passe por perto e não deixar nem a luz escapar - sua atração é tão poderosa. Esses objetos representam um verdadeiro desafio para físicos e astrônomos. Os primeiros ainda não conseguem entender o que acontece com a matéria que caiu dentro do buraco negro, e os segundos, embora expliquem os fenômenos mais consumidores de energia do espaço pela existência de buracos negros, nunca tiveram a oportunidade de observar nenhum deles. diretamente. Vamos falar sobre esses objetos celestes mais interessantes, descobrir o que já foi descoberto e o que resta saber para levantar o véu do sigilo.
O nome "buraco negro" (em inglês - buraco negro) foi proposto em 1967 pelo físico teórico americano John Archibald Wheeler (veja a foto à esquerda). Serviu para designar um corpo celeste, cuja atração é tão forte que nem mesmo a luz se solta. Portanto, é "preto" porque não emite luz.
observações indiretas
Esta é a razão de tanto mistério: como os buracos negros não brilham, não podemos vê-los diretamente e somos obrigados a procurá-los e estudá-los, usando apenas evidências indiretas de que sua existência deixa no espaço circundante. Em outras palavras, se um buraco negro engole uma estrela, não podemos ver o buraco negro, mas podemos observar os efeitos devastadores de seu poderoso campo gravitacional.
A intuição de Laplace
Apesar de a expressão "buraco negro" para denotar o hipotético estágio final da evolução de uma estrela que entrou em colapso sob a influência da gravidade ter surgido há relativamente pouco tempo, a ideia da possibilidade da existência de tais corpos surgiu mais do que há dois séculos. O inglês John Michell e o francês Pierre-Simon de Laplace formularam independentemente a hipótese da existência de "estrelas invisíveis"; enquanto se baseavam nas leis usuais da dinâmica e na lei gravidade Newton. Hoje os buracos negros têm seus descrição correta baseado na teoria geral da relatividade de Einstein.
Em sua obra “Declaração do sistema do mundo” (1796), Laplace escreveu: “Uma estrela brilhante da mesma densidade que a Terra, com um diâmetro 250 vezes maior que o diâmetro do Sol, devido à sua atração gravitacional, não permitiria que os raios de luz chegassem até nós. Portanto, é possível que os corpos celestes maiores e mais brilhantes sejam invisíveis por esse motivo.
Gravidade Invencível
A ideia de Laplace foi baseada no conceito de velocidade de escape (o segundo velocidade espacial). Um buraco negro é um objeto tão denso que sua atração é capaz de reter até a luz, que desenvolve a maior velocidade da natureza (quase 300.000 km/s). Na prática, para escapar de um buraco negro, você precisa de uma velocidade maior que a velocidade da luz, mas isso é impossível!
Isso significa que uma estrela desse tipo seria invisível, pois nem mesmo a luz seria capaz de superar sua poderosa gravidade. Einstein explicou esse fato através do fenômeno da deflexão da luz sob a influência de um campo gravitacional. Na realidade, perto de um buraco negro, o espaço-tempo é tão curvo que os caminhos dos raios de luz também se fecham. Para transformar o Sol em um buraco negro, teremos que concentrar toda a sua massa em uma bola com raio de 3 km, e a Terra terá que se transformar em uma bola com raio de 9 mm!
Cerca de dez anos atrás, as observações sugeriram a existência de dois tipos de buracos negros: estelares, cuja massa é comparável à massa do Sol ou ligeiramente superior a ela, e supermassivos, cuja massa é de várias centenas de milhares a muitos milhões de massas solares. No entanto, relativamente recentemente, imagens de raios X e espectros alta definição Recebido de satélites artificiais como "Chandra" e "HMM-Newton", trouxe à tona o terceiro tipo de buraco negro - com uma massa tamanho médio, excedendo a massa do Sol em mil vezes.
Buracos negros estelares se tornaram conhecidos mais cedo do que outros. Eles se formam quando uma estrela de alta massa no final de sua caminho evolutivo fica sem combustível nuclear e colapsa em si mesmo devido à sua própria gravidade. Uma explosão destruidora de estrelas (conhecida como “explosão de supernova”) tem consequências catastróficas: se o núcleo de uma estrela tiver mais de 10 vezes a massa do Sol, nenhuma força nuclear pode resistir ao colapso gravitacional que resultará no aparecimento de um buraco negro.
Buracos negros supermassivos, observados pela primeira vez nos núcleos de algumas galáxias ativas, têm uma origem diferente. Existem várias hipóteses sobre o seu nascimento: um buraco negro estelar que devora todas as estrelas que o rodeiam durante milhões de anos; um aglomerado mesclado de buracos negros; uma colossal nuvem de gás colapsando diretamente em um buraco negro. Esses buracos negros estão entre os objetos mais energéticos do espaço. Eles estão localizados nos centros de muitas galáxias, se não todas. Nossa galáxia também tem um buraco negro. Às vezes, devido à presença desse buraco negro, os núcleos dessas galáxias ficam muito brilhantes. Galáxias com buracos negros no centro cercados por grande quantidade de matéria em queda e, portanto, capazes de produzir uma quantidade colossal de energia, são chamados de "ativos", e seus núcleos são chamados de "núcleos galácticos ativos" (AGN). Por exemplo, quasares (os objetos espaciais mais distantes de nós disponíveis para nossa observação) são galáxias ativas, nas quais vemos apenas um núcleo muito brilhante.
Médio e "mini"
Outro mistério permanece os buracos negros de massa média, que, de acordo com estudos recentes, podem estar no centro de alguns aglomerados globulares, como M13 e NCC 6388. Muitos astrônomos são céticos em relação a esses objetos, mas alguns pesquisa mais recente sugerem a presença de buracos negros de tamanho médio mesmo perto do centro da nossa Galáxia. O físico inglês Stephen Hawking também apresentou uma suposição teórica sobre a existência do quarto tipo de buraco negro - um "mini-buraco" com uma massa de apenas um bilhão de toneladas (que é aproximadamente igual à massa de uma grande montanha). É sobre sobre objetos primários, ou seja, aqueles que surgiram nos primeiros momentos da vida do Universo, quando a pressão ainda era muito alta. No entanto, nenhum vestígio de sua existência ainda foi descoberto.
Apenas alguns anos atrás, uma luz se acendeu sobre os buracos negros. Graças aos instrumentos e tecnologias em constante aperfeiçoamento (tanto terrestres quanto espaciais), esses objetos estão se tornando cada vez menos misteriosos; mais precisamente, o espaço que os cerca torna-se menos misterioso. De fato, como o próprio buraco negro é invisível, só podemos reconhecê-lo se estiver cercado por matéria suficiente (estrelas e gás quente) orbitando-o a uma pequena distância.
Observando sistemas duplos
Alguns buracos negros estelares foram descobertos observando o movimento orbital de uma estrela em torno de uma companheira binária invisível. Sistemas binários próximos (isto é, constituídos por duas estrelas muito próximas uma da outra), em que uma das companheiras é invisível, são um objeto de observação favorito dos astrofísicos à procura de buracos negros.
Um indício da presença de um buraco negro (ou estrela de nêutrons) é a forte emissão de raios X, causada por um mecanismo complexo, que pode ser esquematicamente descrito a seguir. Devido à sua poderosa gravidade, um buraco negro pode arrancar matéria de uma estrela companheira; esse gás é distribuído na forma de um disco achatado e cai em espiral no buraco negro. O atrito resultante de colisões de partículas de gás em queda aquece as camadas internas do disco a vários milhões de graus, o que causa uma poderosa emissão de raios-X.
Observações de raios-X
Observações em raios-X de objetos em nossa Galáxia e galáxias vizinhas, realizadas há várias décadas, permitiram detectar fontes binárias compactas, cerca de uma dúzia das quais são sistemas contendo candidatos a buracos negros. O principal problema é determinar a massa de um corpo celeste invisível. O valor da massa (embora não muito preciso) pode ser encontrado estudando o movimento do companheiro ou, o que é muito mais difícil, medindo a intensidade de raios X da matéria incidente. Esta intensidade está ligada por uma equação com a massa do corpo em que esta substância cai.
Prêmio Nobel
Algo semelhante pode ser dito sobre os buracos negros supermassivos observados nos núcleos de muitas galáxias, cujas massas são estimadas medindo-se as velocidades orbitais do gás que cai no buraco negro. Neste caso, causado pelo poderoso campo gravitacional de um objeto muito grande crescimento rápido a velocidade das nuvens de gás que orbitam no centro das galáxias é revelada por observações na faixa de rádio, bem como em feixes ópticos. Observações na faixa de raios-X podem confirmar o aumento da liberação de energia causada pela queda da matéria no buraco negro. A pesquisa em raios X no início da década de 1960 foi iniciada pelo italiano Riccardo Giacconi, que trabalhava nos EUA. Concedido a ele em 2002 premio Nobel foi um reconhecimento de suas "contribuições pioneiras à astrofísica, que levaram à descoberta de fontes de raios X no espaço".
Nossa galáxia não está imune à presença de objetos candidatos a buracos negros. Felizmente, nenhum desses objetos está perto o suficiente de nós para representar um perigo para a existência da Terra ou do sistema solar. Apesar de um grande número de notadas fontes compactas de raios-X (e estes são os candidatos mais prováveis para encontrar buracos negros lá), não temos certeza de que eles realmente contenham buracos negros. A única entre essas fontes que não possui uma versão alternativa é o binário próximo Cygnus X-1, ou seja, a fonte de raios X mais brilhante da constelação Cygnus.
Este sistema, que tem um período orbital de 5,6 dias, consiste em uma estrela azul muito brilhante tamanho grande(seu diâmetro é 20 vezes maior que o sol e sua massa é cerca de 30 vezes), facilmente distinguível mesmo em seu telescópio, e uma segunda estrela invisível, cuja massa é estimada em várias massas solares (até 10). Localizada a uma distância de 6500 anos-luz de nós, a segunda estrela seria perfeitamente visível se fosse uma estrela comum. Sua invisibilidade, os poderosos raios-X do sistema e, finalmente, sua estimativa de massa levam a maioria dos astrônomos a acreditar que esta é a primeira descoberta confirmada de um buraco negro estelar.
Dúvidas
No entanto, também há céticos. Entre eles está um dos maiores pesquisadores de buracos negros, o físico Stephen Hawking. Ele até fez uma aposta com seu colega americano Keel Thorne, um forte defensor da classificação do Cygnus X-1 como um buraco negro.
A disputa sobre a natureza do objeto Cygnus X-1 não é a única aposta de Hawking. Tendo dedicado várias décadas a estudos teóricos de buracos negros, ele se convenceu da falácia de suas idéias anteriores sobre esses objetos misteriosos. Em particular, Hawking assumiu que a matéria depois de cair em um buraco negro desaparece para sempre e, com ela, toda a sua bagagem informativa desaparece . Ele tinha tanta certeza disso que fez uma aposta nesse assunto em 1997 com seu colega americano John Preskill.
Admitindo um erro
Em 21 de julho de 2004, em seu discurso no Relativity Congress em Dublin, Hawking admitiu que Preskill estava certo. Os buracos negros não levam ao desaparecimento completo da matéria. Além disso, eles têm um certo tipo de "memória". Dentro deles podem ser armazenados vestígios do que eles absorveram. Assim, "evaporando" (isto é, emitindo lentamente radiação devido à efeito quântico), eles podem retornar essas informações ao nosso Universo.
Os astrônomos ainda têm muitas dúvidas sobre a presença de buracos negros estelares em nossa Galáxia (como o que pertence ao sistema binário Cygnus X-1); mas há muito menos dúvidas sobre buracos negros supermassivos.
Existe pelo menos um buraco negro supermassivo em nossa galáxia. Sua fonte, conhecida como Sagitário A*, está localizada precisamente no centro do plano da Via Láctea. Seu nome é explicado pelo fato de ser a fonte de rádio mais poderosa da constelação de Sagitário. É nessa direção que estão localizados os centros geométricos e físicos do nosso sistema galáctico. Localizado a uma distância de cerca de 26.000 anos-luz de nós, um buraco negro supermassivo associado à fonte de ondas de rádio, Sagitário A*, tem uma massa estimada em cerca de 4 milhões de massas solares, contida em um espaço cujo volume é comparável ao volume do sistema solar. A sua relativa proximidade de nós (este buraco negro supermassivo é sem dúvida o mais próximo da Terra) causou últimos anos o objeto passou por um estudo particularmente profundo com a ajuda do observatório espacial Chandra. Descobriu-se, em particular, que também é uma poderosa fonte de raios X (mas não tão poderosa quanto as fontes em núcleos galácticos ativos). Sagitário A* pode ser o remanescente adormecido do que era o núcleo ativo da nossa galáxia milhões ou bilhões de anos atrás.
No entanto, alguns astrônomos acreditam que há outra surpresa em nossa galáxia. Estamos falando de um segundo buraco negro de massa média, mantendo um aglomerado de estrelas jovens e não permitindo que elas caiam em um buraco negro supermassivo localizado no centro da própria Galáxia. Como pode ser que a menos de um ano-luz dele possa haver um aglomerado estelar com uma idade que mal chegou a 10 milhões de anos, ou seja, pelos padrões astronômicos, muito jovem? De acordo com os pesquisadores, a resposta está no fato de que o aglomerado não nasceu ali (o ambiente ao redor do buraco negro central é muito hostil para a formação de estrelas), mas foi “atraído” para lá devido à existência de um segundo buraco negro em seu interior. ele, que tem uma massa de valores médios.
As estrelas individuais do aglomerado, atraídas pelo buraco negro supermassivo, começaram a se deslocar em direção ao centro galáctico. No entanto, em vez de se dispersarem no espaço, eles permanecem juntos devido à atração de um segundo buraco negro localizado no centro do aglomerado. A massa deste buraco negro pode ser estimada a partir de sua capacidade de manter um aglomerado estelar inteiro "na coleira". Um buraco negro de tamanho médio parece girar em torno do buraco negro central em cerca de 100 anos. Isso significa que observações de longo prazo ao longo de muitos anos nos permitirão "ver" isso.
Um buraco negro surge como resultado do colapso de uma estrela supermassiva, cujo núcleo fica sem "combustível" para uma reação nuclear. À medida que o núcleo se contrai, a temperatura do núcleo aumenta e os fótons com energia superior a 511 keV, colidindo, formam pares elétron-pósitron, o que leva a uma diminuição catastrófica da pressão e ao colapso adicional da estrela sob a influência de seu núcleo. própria gravidade.
O astrofísico Ethan Siegel publicou o artigo "O Maior Buraco Negro do Universo Conhecido" no qual coletou informações sobre a massa dos buracos negros em diferentes galáxias. Apenas me perguntando: onde está o mais massivo deles?
Como os aglomerados de estrelas mais densos estão no centro das galáxias, agora quase todas as galáxias têm um buraco negro massivo no centro, formado após a fusão de muitas outras. Por exemplo, no centro via Láctea existe um buraco negro com uma massa de cerca de 0,1% da nossa galáxia, ou seja, 4 milhões de vezes a massa do Sol.
É muito fácil determinar a presença de um buraco negro estudando a trajetória do movimento das estrelas, que são afetadas pela gravidade de um corpo invisível.
Mas a Via Láctea é uma galáxia relativamente pequena que não pode ter o maior buraco negro. Por exemplo, não muito longe de nós no aglomerado de Virgem está a galáxia gigante Messier 87 - é cerca de 200 vezes maior que a nossa.
Assim, um fluxo de matéria com cerca de 5.000 anos-luz de comprimento irrompe do centro desta galáxia (foto). É uma anomalia louca, escreve Ethan Siegel, mas parece muito bom.
Os cientistas acreditam que a única explicação para tal "erupção" do centro da galáxia pode ser um buraco negro. O cálculo mostra que a massa desse buraco negro é cerca de 1500 vezes maior que a massa de um buraco negro na Via Láctea, ou seja, aproximadamente 6,6 bilhões de massas solares.
Mas onde está o maior buraco negro do universo? Se partirmos do cálculo de que no centro de quase todas as galáxias existe um objeto com uma massa de 0,1% da massa da galáxia, precisamos encontrar a galáxia mais massiva. Os cientistas também podem responder a essa pergunta.
A galáxia mais massiva conhecida por nós é a IC 1101 no centro do aglomerado Abell 2029, que está 20 vezes mais distante da Via Láctea do que o aglomerado de Virgem.
No IC 1101, a distância do centro até a borda mais distante é de cerca de 2 milhões de anos-luz. Seu tamanho é duas vezes maior que a distância da Via Láctea à nossa galáxia mais próxima, Andrômeda. A massa é quase igual à massa de todo o aglomerado de Virgem!
Se houver um buraco negro no centro do IC 1101 (e deveria haver), então ele pode ser o mais massivo do Universo conhecido.
Ethan Siegel diz que pode estar errado. A razão é a única galáxia NGC 1277. Esta não é uma galáxia muito grande, um pouco menor que a nossa. Mas a análise de sua rotação mostrou um resultado incrível: o buraco negro no centro tem 17 bilhões de massas solares, e isso já representa 17% da massa total da galáxia. Este é um recorde para a razão entre a massa de um buraco negro e a massa de uma galáxia.
Há outro candidato para o maior buraco negro do universo conhecido. Ele é mostrado na próxima foto.
O estranho objeto OJ 287 é chamado de blazar. Os blazares são uma classe especial de objetos extragalácticos, uma espécie de quasares. Eles se distinguem por uma radiação muito poderosa, que no OJ 287 muda com um ciclo de 11 a 12 anos (com um pico duplo).
De acordo com os astrofísicos, OJ 287 inclui um buraco negro central supermassivo orbitando outro buraco negro menor. Com 18 bilhões de massas solares, o buraco negro central é o maior conhecido até hoje.
Este par de buracos negros será uma das melhores experiências para testar a teoria geral da relatividade, nomeadamente a deformação do espaço-tempo, descrita na relatividade geral.
por causa de efeitos relativísticos periélio de um buraco negro, ou seja, mais próximo do centro buraco negro ponto da órbita deve se mover 39° por revolução! Em comparação, o periélio de Mercúrio mudou apenas 43 segundos de arco por século.
Não há fenômeno cósmico mais fascinante em sua beleza do que os buracos negros. Como você sabe, o objeto recebeu esse nome devido ao fato de ser capaz de absorver a luz, mas não pode refleti-la. Devido à enorme atração, os buracos negros sugam tudo o que está perto deles - planetas, estrelas, detritos espaciais. No entanto, isso não é tudo o que se deve saber sobre buracos negros, pois existem muitos fatos incríveis sobre eles. 
Durante muito tempo acreditou-se que tudo o que cai na região de um buraco negro permanece nele, mas o resultado de pesquisas recentes é que depois de um tempo o buraco negro “cospe” todo o conteúdo para o espaço, mas de uma forma diferente. forma do que a original. O horizonte de eventos, que foi considerado o ponto sem retorno para objetos espaciais, acabou sendo apenas seu abrigo temporário, mas esse processo é muito lento. 
O sistema solar é apenas uma parte de uma galáxia infinita, na qual existe um grande número de buracos negros. Acontece que a Terra também está ameaçada por dois deles, mas felizmente, eles estão localizados a uma grande distância - cerca de 1600 anos-luz. Eles foram descobertos em uma galáxia que se formou como resultado da fusão de duas galáxias. 
Os cientistas viram buracos negros apenas devido ao fato de estarem próximos do sistema solar com a ajuda de um telescópio de raios X, que é capaz de capturar os raios X emitidos por esses objetos espaciais. Os buracos negros, uma vez que estão próximos um do outro e praticamente se fundem em um, foram chamados por um nome - Chandra em homenagem ao deus da lua da mitologia hindu. Os cientistas estão confiantes de que Chandra logo se tornará um devido à enorme força da gravidade.
Mais cedo ou mais tarde, todo o conteúdo do buraco negro escapa e apenas a radiação permanece. Perdendo massa, os buracos negros tornam-se menores ao longo do tempo e depois desaparecem completamente. A morte de um objeto espacial é muito lenta e, portanto, é improvável que qualquer um dos cientistas consiga ver como o buraco negro diminui e depois desaparece. Stephen Hawking argumentou que um buraco no espaço é um planeta altamente comprimido e, com o tempo, evapora, começando nas bordas da distorção. 
As estrelas brilham no espaço graças ao seu fornecimento de combustível de fusão. Quando termina, a estrela começa a esfriar, passando gradualmente de uma anã branca para uma negra. Dentro da estrela resfriada, a pressão começa a diminuir. Sob a influência da força gravitacional, o corpo cósmico começa a encolher. A consequência desse processo é que a estrela explode, por assim dizer, todas as suas partículas se separam no espaço, mas, ao mesmo tempo, as forças gravitacionais continuam a agir, atraindo objetos espaciais vizinhos, que são então absorvidos por ela, aumentando o poder do buraco negro e seu tamanho. 
Um buraco negro, dezenas de milhares de vezes maior que o Sol, está localizado bem no centro da Via Láctea. Os cientistas o chamaram de Sagitário e está localizado a uma distância da Terra 26.000 anos-luz. Essa região da galáxia é extremamente ativa e absorve tudo que está próximo a ela com grande velocidade. Também muitas vezes ela "cospe" estrelas extintas. 
Surpreendente é o fato de que a densidade média de um buraco negro, mesmo considerando seu enorme tamanho, pode até ser igual à densidade do ar. Com o aumento do raio do buraco negro, ou seja, o número de objetos capturados por ele, a densidade do buraco negro se torna menor e isso é explicado por simples leis da física. Assim, o mais grandes corpos no espaço pode realmente ser tão leve quanto o ar.
Não importa o quão estranho possa parecer, especialmente no contexto do fato de que os buracos negros realmente absorvem e destroem tudo ao redor, os cientistas estão pensando seriamente que esses objetos espaciais podem iniciar o surgimento de um novo universo. Então, como você sabe, os buracos negros não apenas absorvem matéria, mas também podem liberá-la em determinados períodos. Qualquer partícula que saiu de um buraco negro pode explodir e isso se tornará um novo Big Bang, e de acordo com sua teoria, nosso Universo apareceu assim, portanto é possível que o sistema solar que existe hoje e no qual a Terra gira, habitado por um grande número de pessoas, nasceu de um enorme buraco negro. 
Quando um objeto se aproxima de um buraco negro, não importa qual seja sua massa, seu movimento começa a desacelerar, e isso ocorre porque no próprio buraco negro o tempo desacelera e tudo acontece muito devagar. Isso se deve à enorme força gravitacional que um buraco negro possui. Ao mesmo tempo, o que acontece no próprio buraco negro acontece com bastante rapidez, porque se o observador olhasse para o buraco negro de lado, pareceria a ele que todos os processos que ocorrem nele ocorrem lentamente, mas se ele entrasse em seu funil, as forças gravitacionais o despedaçariam instantaneamente.
