Zbog relativno nedavnog porasta interesovanja za snimanje naučnopopularnih filmova o istraživanju svemira, savremeni gledalac je mnogo čuo o fenomenima kao što su singularnost ili crna rupa. Međutim, filmovi očigledno ne otkrivaju punu prirodu ovih fenomena, a ponekad čak i iskrivljuju izgrađene naučne teorije radi većeg efekta. Iz tog razloga, prezentacija mnogih savremeni ljudi o ovim pojavama ili potpuno površno, ili potpuno pogrešno. Jedno od rješenja nastalog problema je i ovaj članak, u kojem ćemo pokušati razumjeti postojeće rezultate istraživanja i odgovoriti na pitanje – šta je crna rupa?

Godine 1784. engleski svećenik i prirodnjak John Michell prvi je put spomenuo u pismu Kraljevskom društvu hipotetičko masivno tijelo koje ima tako jaku gravitaciju da bi druga kosmička brzina za njega premašila brzinu svjetlosti. Druga kosmička brzina je brzina koja će relativno malom objektu trebati da savlada gravitacijsko privlačenje nebeskog tijela i pređe granice zatvorene orbite oko ovog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo gustine Sunca i radijusa od 500 solarnih radijusa imat će na svojoj površini drugu kosmičku brzinu jednaku brzini svjetlosti. U ovom slučaju, čak i svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, pa stoga dato teloće apsorbirati samo nadolazeću svjetlost i ostati nevidljiva za posmatrača - neka vrsta crne mrlje na pozadini mračnog prostora.

Međutim, koncept supermasivnog tijela koji je predložio Michell nije privukao veliko interesovanje sve do Einsteinovog rada. Podsjetimo da je potonji definirao brzinu svjetlosti kao graničnu brzinu prijenosa informacija. Osim toga, Einstein je proširio teoriju gravitacije za brzine bliske brzini svjetlosti (). Kao rezultat toga, više nije bilo relevantno primjenjivati ​​Newtonovu teoriju na crne rupe.

Ajnštajnova jednačina

Kao rezultat primjene opšte teorije relativnosti na crne rupe i rješavanja Einsteinovih jednadžbi, otkriveni su glavni parametri crne rupe, kojih ima samo tri: masa, električni naboj i ugaoni moment. Treba istaći značajan doprinos indijskog astrofizičara Subramanyana Chandrasekhara, koji je stvorio fundamentalnu monografiju: "Matematička teorija crnih rupa".

Dakle, rješenje Ajnštajnovih jednačina je predstavljeno sa četiri opcije za četiri mogući tipovi crne rupe:

• Crna rupa bez rotacije i bez naboja je Schwarzschildovo rješenje. Jedan od prvih opisa crne rupe (1916) koristeći Ajnštajnove jednačine, ali bez uzimanja u obzir dva od tri parametra tela. Rješenje njemačkog fizičara Karla Schwarzschilda omogućava vam da izračunate vanjsko gravitacijsko polje sfernog masivnog tijela. Karakteristika koncepta crnih rupa njemačkog naučnika je prisustvo horizonta događaja i onog iza njega. Schwarzschild je također prvo izračunao gravitacijski radijus, koji je dobio njegovo ime, koji određuje polumjer sfere na kojoj bi se nalazio horizont događaja za tijelo sa datom masom.
• Crna rupa bez rotacije s nabojem je Reisner-Nordström rješenje. Rješenje izneseno 1916-1918, uzimajući u obzir mogući električni naboj crne rupe. Ovaj naboj ne može biti proizvoljno velik i ograničen je zbog rezultirajućeg električnog odbijanja. Ovo posljednje mora biti kompenzirano gravitacijskim privlačenjem.
• Crna rupa s rotacijom i bez naboja - Kerrovo rješenje (1963). Rotirajuća Kerrova crna rupa razlikuje se od statične po prisutnosti takozvane ergosfere (pročitajte više o ovoj i drugim komponentama crne rupe).
• BH sa rotacijom i punjenjem - Kerr-Newman rješenje. Ovo rješenje je izračunato 1965. godine i dalje ovog trenutka je najpotpuniji, jer uzima u obzir sva tri parametra BiH. Ipak, i dalje se pretpostavlja da crne rupe u prirodi imaju neznatan naboj.

Formiranje crne rupe

Postoji nekoliko teorija o tome kako nastaje i nastaje crna rupa, od kojih je najpoznatija pojava zvijezde dovoljne mase kao rezultat gravitacionog kolapsa. Takva kompresija može okončati evoluciju zvijezda s masom većom od tri solarne mase. Na kraju termo nuklearne reakcije unutar takvih zvijezda, one počinju brzo da se skupljaju u supergustu. Ako pritisak gasa neutronske zvezde ne može da nadoknadi gravitacione sile, odnosno masa zvezde savladava tzv. Oppenheimer-Volkov limit, zatim se kolaps nastavlja, uzrokujući da se materija skuplja u crnu rupu.

Drugi scenario koji opisuje rađanje crne rupe je kompresija protogalaktičkog plina, odnosno međuzvjezdanog plina koji je u fazi transformacije u galaksiju ili neku vrstu jata. U slučaju nedovoljnog unutrašnjeg pritiska da se kompenzuju iste gravitacione sile, može nastati crna rupa.

Druga dva scenarija ostaju hipotetička:

• Pojava crne rupe kao rezultat - tzv. primordijalne crne rupe.
• Pojava kao rezultat nuklearnih reakcija pri visokim energijama. Primjer takvih reakcija su eksperimenti na sudaračima.

Struktura i fizika crnih rupa

Struktura crne rupe prema Schwarzschildu uključuje samo dva elementa koja su ranije spomenuta: singularnost i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je nemoguće povući pravu liniju kroz nju, kao i da većina postojećih fizičkih teorija unutar nje ne funkcionira. Dakle, fizika singulariteta danas ostaje misterija za naučnike. crne rupe je određena granica, prešavši koju, fizički objekt gubi sposobnost da se vrati iza svojih granica i nedvosmisleno „pada“ u singularnost crne rupe.

Struktura crne rupe postaje nešto komplikovanija u slučaju Kerrovog rješenja, odnosno u prisustvu BH rotacije. Kerovo rješenje implicira da rupa ima ergosferu. Ergosfera - određeno područje koje se nalazi izvan horizonta događaja, unutar kojeg se sva tijela kreću u smjeru rotacije crne rupe. Ovo područje još nije uzbudljivo i moguće ga je napustiti, za razliku od horizonta događaja. Ergosfera je vjerovatno neka vrsta analoga akrecionog diska, koji predstavlja rotirajuću supstancu oko masivnih tijela. Ako se statična Schwarzschildova crna rupa predstavi kao crna sfera, onda Kerryjeva crna rupa, zbog prisustva ergosfere, ima oblik spljoštenog elipsoida, u obliku kojeg smo često viđali crne rupe na crtežima, u starim filmovima ili video igricama.

• Koliko je teška crna rupa? – Najveći teorijski materijal o pojavi crne rupe dostupan je za scenario njenog pojavljivanja kao posledica kolapsa zvezde. U ovom slučaju, maksimalna masa neutronske zvijezde i minimalna masa crne rupe su određene Oppenheimer-Volkovom granicom, prema kojoj je donja granica mase BH 2,5 - 3 solarne mase. Najteža crna rupa ikada otkrivena (u galaksiji NGC 4889) ima masu od 21 milijardu solarnih masa. Međutim, ne treba zaboraviti na crne rupe, hipotetički nastale nuklearnim reakcijama pri visokim energijama, poput onih na sudaračima. Masa takvih kvantnih crnih rupa, drugim riječima "Planckove crne rupe" je reda veličine 2 10 −5 g.
• Veličina crne rupe. Minimalni BH radijus se može izračunati iz minimalne mase (2,5 – 3 solarne mase). Ako je gravitacijski radijus Sunca, odnosno područja na kojem bi se nalazio horizont događaja, oko 2,95 km, tada će minimalni polumjer BH od 3 solarne mase biti oko devet kilometara. Tako relativno male veličine ne stanu u glavu kada su u pitanju masivni predmeti koji privlače sve oko sebe. Međutim, za kvantne crne rupe radijus je -10 −35 m.
• Prosječna gustina crne rupe zavisi od dva parametra: mase i radijusa. Gustina crne rupe sa masom od oko tri solarne mase je oko 6 10 26 kg/m³, dok je gustina vode 1000 kg/m³. Međutim, tako male crne rupe naučnici nisu pronašli. Većina otkrivenih BH ima mase veće od 105 solarnih masa. Postoji zanimljiv obrazac prema kojem što je crna rupa masivnija, to je njena gustina manja. U ovom slučaju, promjena mase za 11 redova veličine podrazumijeva promjenu gustoće za 22 reda veličine. Dakle, crna rupa sa masom od 1 ·10 9 solarnih masa ima gustinu od 18,5 kg/m³, što je za jednu manje od gustine zlata. A crne rupe sa masom većom od 10 10 solarnih masa mogu imati prosječnu gustinu manju od gustine zraka. Na osnovu ovih proračuna, logično je pretpostaviti da do stvaranja crne rupe ne dolazi zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu. U slučaju kvantnih crnih rupa, njihova gustina može biti oko 10 94 kg/m³.
• Temperatura crne rupe je takođe obrnuto proporcionalna njenoj masi. Ova temperatura je direktno povezana sa . Spektar ovog zračenja poklapa se sa spektrom potpuno crnog tijela, odnosno tijela koje apsorbira svo upadno zračenje. Spektar zračenja crnog tijela ovisi samo o njegovoj temperaturi, tada se temperatura crne rupe može odrediti iz Hawkingovog spektra zračenja. Kao što je gore spomenuto, ovo zračenje je snažnije što je crna rupa manja. U isto vrijeme, Hawkingovo zračenje ostaje hipotetičko, jer ga astronomi još nisu primijetili. Iz ovoga proizilazi da ako postoji Hawkingovo zračenje, onda je temperatura posmatranih BH toliko niska da ne dozvoljava da se indicirano zračenje detektuje. Prema proračunima, čak je i temperatura rupe sa masom reda mase Sunca zanemarljivo mala (1 10 -7 K ili -272°C). Temperatura kvantnih crnih rupa može dostići oko 10 12 K, a njihovim brzim isparavanjem (oko 1,5 min.), takve BH mogu emitovati energiju reda deset miliona. atomske bombe. Ali, na sreću, za stvaranje takvih hipotetičkih objekata biće potrebna energija 10 14 puta veća od one koja se danas postiže na Velikom hadronskom sudaraču. Osim toga, astronomi nikada nisu primijetili takve pojave.

Od čega se sastoji CHD?

Još jedno pitanje zabrinjava i naučnike i one koji jednostavno vole astrofiziku - od čega se sastoji crna rupa? Ne postoji jedinstven odgovor na ovo pitanje, jer nije moguće gledati dalje od horizonta događaja koji okružuje bilo koju crnu rupu. Osim toga, kao što je ranije spomenuto, teorijski modeli crne rupe predviđaju samo 3 njene komponente: ergosferu, horizont događaja i singularitet. Logično je pretpostaviti da u ergosferi postoje samo oni objekti koje je crna rupa privukla, a koji se sada okreću oko nje - razne vrste kosmičkih tijela i kosmički plin. Horizont događaja je samo tanka implicitna granica, jednom iza koje se ista kosmička tijela neopozivo privlače prema posljednjoj glavnoj komponenti crne rupe - singularnosti. Priroda singularnosti danas nije proučavana, a o njenom sastavu je prerano govoriti.

Prema nekim pretpostavkama, crna rupa se može sastojati od neutrona. Ako slijedimo scenario nastanka crne rupe kao rezultat kompresije zvijezde na neutronsku zvijezdu uz njeno naknadno sabijanje, tada se, vjerovatno, glavni dio crne rupe sastoji od neutrona, od kojih je neutronska zvijezda se sastoji. Jednostavnim riječima: Kada se zvijezda sruši, njeni atomi se komprimiraju na takav način da se elektroni spajaju s protonima, formirajući tako neutrone. Takva reakcija se zaista dešava u prirodi, formiranjem neutrona dolazi do emisije neutrina. Međutim, ovo su samo nagađanja.

Šta se dešava ako upadnete u crnu rupu?

Pad u astrofizičku crnu rupu dovodi do istezanja tijela. Zamislite hipotetičkog astronauta samoubice koji ide u crnu rupu i ne nosi ništa osim svemirskog odijela, nogama naprijed. Prelazeći horizont događaja, astronaut neće primijetiti nikakve promjene, uprkos činjenici da više nema priliku da se vrati. U nekom trenutku, astronaut će doći do tačke (malo iza horizonta događaja) u kojoj će početi da se dešava deformacija njegovog tela. Budući da je gravitacijsko polje crne rupe neujednačeno i predstavljeno gradijentom sile koji raste prema centru, noge astronauta će biti podvrgnute primjetno većem gravitacijskom efektu nego, na primjer, glava. Tada će, zbog gravitacije, odnosno, plimnih sila, noge brže "pasti". Tako se tijelo počinje postepeno istezati u dužinu. Da bi opisali ovaj fenomen, astrofizičari su smislili prilično kreativan termin - špagetifikacija. Dalje rastezanje tijela vjerovatno će ga razložiti na atome, koji će prije ili kasnije dostići singularnost. Može se samo nagađati kako će se osoba osjećati u ovoj situaciji. Vrijedi napomenuti da je učinak istezanja tijela obrnuto proporcionalan masi crne rupe. Odnosno, ako BH sa masom od tri Sunca trenutno istegne/slomi tijelo, tada će supermasivna crna rupa imati manje plimne sile i, postoje sugestije da bi neki fizički materijali mogli "tolerirati" takvu deformaciju bez gubitka strukture.

Kao što znate, u blizini masivnih objekata vrijeme teče sporije, što znači da će vrijeme za astronauta samoubicu teći mnogo sporije nego za zemljane. U tom slučaju, možda će nadživjeti ne samo svoje prijatelje, već i samu Zemlju. Proračuni će biti potrebni da bi se utvrdilo koliko će se vrijeme usporiti za astronauta, ali iz navedenog se može pretpostaviti da će astronaut vrlo sporo pasti u crnu rupu i možda jednostavno neće doživjeti trenutak kada njegovo tijelo počne da se deformiše .

Važno je napomenuti da će za posmatrača izvana, sva tijela koja su doletjela do horizonta događaja ostati na rubu ovog horizonta sve dok njihova slika ne nestane. Razlog za ovaj fenomen je gravitacijski crveni pomak. Pojednostavljujući donekle, možemo reći da će svjetlost koja pada na tijelo astronauta samoubice "zamrznutog" na horizontu događaja promijeniti svoju frekvenciju zbog svog usporenog vremena. Kako vrijeme prolazi sporije, frekvencija svjetlosti će se smanjiti, a valna dužina će se povećati. Kao rezultat ove pojave, na izlazu, odnosno za vanjskog posmatrača, svjetlo će se postepeno pomicati prema niskofrekventnoj - crvenoj. Doći će do pomjeranja svjetlosti duž spektra, kako se astronaut samoubica sve više udaljava od posmatrača, iako gotovo neprimjetno, a njegovo vrijeme teče sve sporije i sporije. Tako će svjetlost koju reflektira njegovo tijelo uskoro izaći izvan vidljivog spektra (slika će nestati), a u budućnosti će se tijelo astronauta moći detektirati samo u infracrvenom području, kasnije u radiofrekventnom području, i kao rezultat toga, zračenje će biti potpuno neuhvatljivo.

Uprkos gore napisanom, pretpostavlja se da se u vrlo velikim supermasivnim crnim rupama sile plime i oseke ne mijenjaju toliko s rastojanjem i djeluju gotovo jednoliko na tijelo koje pada. U ovom slučaju pada svemirski brod zadržao bi svoju strukturu. Postavlja se razumno pitanje - kuda vodi crna rupa? Na ovo pitanje može se odgovoriti radom nekih naučnika, povezujući dva takva fenomena kao što su crvotočine i crne rupe.

Davne 1935. godine Albert Einstein i Nathan Rosen, uzimajući u obzir, iznijeli su hipotezu o postojanju takozvanih crvotočina, povezujući dvije tačke prostor-vremena putem na mjestima značajne zakrivljenosti potonjeg - Einstein-Rosenov most. ili crvotočina. Za tako moćnu zakrivljenost prostora bit će potrebna tijela gigantske mase, s čijom bi se ulogom crne rupe savršeno nosile.

Most Einstein-Rosen smatra se neprobojnom crvotočinom, jer je mali i nestabilan.

U okviru teorije crnih i bijelih rupa moguća je prohodna crvotočina. Gdje je bijela rupa izlaz informacije koja je pala u crnu rupu. Bijela rupa je opisana u okviru opšte teorije relativnosti, ali danas ostaje hipotetička i nije otkrivena. Drugi model crvotočine predložili su američki naučnici Kip Thorne i njegov diplomirani student Mike Morris, koji može biti prohodan. Međutim, kao iu slučaju Morris-Thorn crvotočine, kao iu slučaju crnih i bijelih rupa, mogućnost putovanja zahtijeva postojanje takozvane egzotične materije, koja ima negativnu energiju i također ostaje hipotetička.

Crne rupe u svemiru

Postojanje crnih rupa potvrđeno je relativno nedavno (septembar 2015.), ali prije toga je već bilo dosta teorijskog materijala o prirodi crnih rupa, kao i mnogo objekata kandidata za ulogu crne rupe. Prije svega, treba uzeti u obzir dimenzije crne rupe, jer od njih ovisi sama priroda fenomena:

• crna rupa zvjezdane mase. Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela sposobnog da formira takvu crnu rupu je 2,5 - 3 solarne mase.
• Crne rupe srednje težine . Uslovno srednji tip crne rupe koje su se povećale zbog apsorpcije obližnjih objekata, kao što su akumulacije gasa, susedna zvezda (u sistemima dve zvezde) i druga kosmička tela.
• Supermasivna crna rupa. Kompaktni objekti sa 10 5 -10 10 solarnih masa. Prepoznatljiva svojstva Takve BH su paradoksalno niske gustine, kao i slabe plimne sile, o kojima je ranije bilo riječi. To je ova supermasivna crna rupa u centru naše galaksije Mliječni put (Strijelac A*, Sgr A*), kao i većine drugih galaksija.

Kandidati za CHD

Najbliža crna rupa, odnosno kandidat za ulogu crne rupe, je objekat (V616 Unicorn), koji se nalazi na udaljenosti od 3000 svjetlosnih godina od Sunca (u našoj galaksiji). Sastoji se od dvije komponente: zvijezde mase polovine Sunčeve mase, kao i nevidljivog malog tijela čija je masa 3-5 solarnih masa. Ako se ispostavi da je ovaj objekt mala crna rupa zvjezdane mase, onda će to s desne strane biti najbliža crna rupa.

Nakon ovog objekta, druga najbliža crna rupa je Cyg X-1 (Cyg X-1), koji je bio prvi kandidat za ulogu crne rupe. Udaljenost do njega je otprilike 6070 svjetlosnih godina. Prilično dobro proučeno: ima masu od 14,8 solarnih masa i radijus horizonta događaja od oko 26 km.

Prema nekim izvorima, još jedan najbliži kandidat za ulogu crne rupe može biti tijelo u zvjezdanom sistemu V4641 Strijelac (V4641 Sgr), koje se, prema procjenama iz 1999. godine, nalazilo na udaljenosti od 1600 svjetlosnih godina. Međutim, kasnija istraživanja su povećala ovu udaljenost za najmanje 15 puta.

Koliko crnih rupa ima u našoj galaksiji?

Ne postoji tačan odgovor na ovo pitanje, jer ih je prilično teško posmatrati, a tokom čitavog proučavanja neba naučnici su uspeli da otkriju desetak crnih rupa unutar Mlečnog puta. Ne upuštajući se u proračune, napominjemo da u našoj galaksiji postoji oko 100 - 400 milijardi zvijezda, a otprilike svaka hiljadita zvijezda ima dovoljno mase da formira crnu rupu. Vjerovatno su milioni crnih rupa mogli nastati tokom postojanja Mliječnog puta. Budući da je lakše registrirati ogromne crne rupe, logično je pretpostaviti da većina BH u našoj galaksiji nije supermasivna. Važno je napomenuti da istraživanje NASA-e iz 2005. godine ukazuje na prisustvo čitavog roja crnih rupa (10-20 hiljada) koji kruže oko centra galaksije. Osim toga, 2016. godine japanski astrofizičari su otkrili masivni satelit u blizini objekta * - crne rupe, jezgra Mliječnog puta. Zbog malog radijusa (0,15 svjetlosnih godina) ovog tijela, kao i njegove ogromne mase (100.000 solarnih masa), naučnici sugeriraju da je ovaj objekt i supermasivna crna rupa.

Jezgro naše galaksije, crna rupa Mliječnog puta (Strijelac A*, Sgr A* ili Strijelac A*) je supermasivna i ima masu od 4,31 10 6 solarnih masa, a radijus od 0,00071 svjetlosne godine (6,25 svjetlosnih sati ili 6,75 milijardi km). Temperatura Strelca A* zajedno sa jatom oko njega je oko 1 10 7 K.

Najveća crna rupa

Najveća crna rupa u svemiru koju su naučnici uspjeli otkriti je supermasivna crna rupa, FSRQ blazar, u centru galaksije S5 0014+81, na udaljenosti od 1,2·10 10 svjetlosnih godina od Zemlje. Prema preliminarnim rezultatima posmatranja, pomoću svemirske opservatorije Swift, masa crne rupe iznosila je 40 milijardi (40 10 9) solarnih masa, a Schwarzschildov radijus takve rupe bio je 118,35 milijardi kilometara (0,013 svjetlosnih godina). Osim toga, prema proračunima, nastao je prije 12,1 milijardu godina (1,6 milijardi godina nakon Velikog praska). Ako ova džinovska crna rupa ne upije materiju koja je okružuje, tada će doživjeti eru crnih rupa - jednu od era u razvoju Univerzuma, tokom koje će crne rupe dominirati u njemu. Ako jezgro galaksije S5 0014+81 nastavi rasti, tada će postati jedna od posljednjih crnih rupa koje će postojati u Univerzumu.

Druge dvije poznate crne rupe, iako nisu imenovane, imaju najveća vrijednost za proučavanje crnih rupa, budući da su eksperimentalno potvrdile njihovo postojanje, a dale su i važne rezultate za proučavanje gravitacije. Riječ je o događaju GW150914, koji se zove sudar dvije crne rupe u jednu. Ovaj događaj je omogućio registraciju.

Detekcija crnih rupa

Prije razmatranja metoda za otkrivanje crnih rupa, treba odgovoriti na pitanje - zašto je crna rupa crna? - odgovor na njega ne zahtijeva duboko poznavanje astrofizike i kosmologije. Činjenica je da crna rupa apsorbira sve zračenje koje pada na nju i uopće ne zrači, ako ne uzmete u obzir hipotetičko. Ako detaljnije razmotrimo ovaj fenomen, možemo pretpostaviti da unutar crnih rupa ne postoje procesi koji dovode do oslobađanja energije u obliku elektromagnetnog zračenja. Zatim, ako crna rupa zrači, onda je u Hawkingovom spektru (koji se poklapa sa spektrom zagrijanog, apsolutno crnog tijela). Međutim, kao što je ranije spomenuto, ovo zračenje nije otkriveno, što ukazuje na potpuno nisku temperaturu crnih rupa.

Druga općeprihvaćena teorija kaže da elektromagnetno zračenje uopće nije sposobno napustiti horizont događaja. Najvjerovatnije je da fotone (čestice svjetlosti) ne privlače masivni objekti, jer, prema teoriji, oni sami nemaju masu. Međutim, crna rupa i dalje "privlači" fotone svjetlosti kroz izobličenje prostor-vremena. Ako crnu rupu u svemiru zamislimo kao neku vrstu depresije na glatkoj površini prostor-vremena, tada postoji određena udaljenost od centra crne rupe, približavajući se kojoj svjetlost više neće moći da se udalji od nje. . Odnosno, grubo govoreći, svjetlost počinje "padati" u "jamu", koja čak i nema "dno".

Osim toga, ako uzmemo u obzir efekat gravitacionog crvenog pomaka, moguće je da svjetlost u crnoj rupi izgubi svoju frekvenciju, pomičući se duž spektra u područje niskofrekventnog dugovalnog zračenja, sve dok u potpunosti ne izgubi energiju.

Dakle, crna rupa je crna i stoga je teško otkriti u svemiru.

Metode detekcije

Razmotrite metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:

Pored gore navedenih metoda, naučnici često povezuju objekte kao što su crne rupe i. Kvazari su neka klastera kosmičkih tijela i plina, koji su među najsjajnijim astronomskim objektima u Univerzumu. Budući da imaju visok intenzitet luminescencije pri relativno malim veličinama, postoji razlog za vjerovanje da je centar ovih objekata supermasivna crna rupa, koja privlači okolnu materiju k sebi. Zbog tako snažne gravitacijske privlačnosti, privučena materija je toliko zagrijana da intenzivno zrači. Detekcija takvih objekata obično se poredi sa detekcijom crne rupe. Ponekad kvazari mogu emitovati mlazove zagrijane plazme u dva smjera - relativističke mlaze. Razlozi za nastanak ovakvih mlazova (mlaznica) nisu potpuno jasni, ali su vjerovatno uzrokovani interakcijom magnetnih polja BH i akrecionog diska, a ne emituje ih direktna crna rupa.

Mlaz u galaksiji M87 udara iz centra crne rupe

Sumirajući gore navedeno, može se zamisliti, izbliza: to je sferni crni predmet, oko kojeg se rotira snažno zagrijana materija, formirajući svijetleći akrecijski disk.

Spajanje i sudaranje crnih rupa

Jedan od najzanimljivijih fenomena u astrofizici je sudar crnih rupa, koji takođe omogućava otkrivanje tako masivnih astronomskih tijela. Takvi procesi su od interesa ne samo za astrofizičare, jer rezultiraju pojavama koje fizičari slabo proučavaju. Najsjajniji primjer je prethodno spomenuti događaj pod nazivom GW150914, kada su se dvije crne rupe toliko približile da su se, kao rezultat međusobne gravitacijske privlačnosti, spojile u jednu. Važna posledica ovog sudara bila je pojava gravitacionih talasa.

Prema definiciji gravitacionih talasa, to su promene u gravitacionom polju koje se talasasto šire od masivnih pokretnih objekata. Kada se dva takva objekta približe jedan drugom, oni počinju da se rotiraju oko zajedničkog centra gravitacije. Kako se približavaju jedni drugima, njihova rotacija oko vlastite ose se povećava. Takve promjenjive oscilacije gravitacionog polja u nekom trenutku mogu formirati jedan snažan gravitacijski talas koji se može širiti u svemiru milionima svjetlosnih godina. Dakle, na udaljenosti od 1,3 milijarde svjetlosnih godina dogodio se sudar dvije crne rupe, koji je formirao snažan gravitacijski talas koji je stigao do Zemlje 14. septembra 2015. godine, a zabilježili su ga detektori LIGO i VIRGO.

Kako crne rupe umiru?

Očigledno, da bi crna rupa prestala da postoji, morala bi izgubiti svu svoju masu. Međutim, prema njenoj definiciji, ništa ne može napustiti crnu rupu ako je prešla horizont događaja. Poznato je da je prvi put sovjetski teorijski fizičar Vladimir Gribov spomenuo mogućnost emisije čestica crne rupe u svojoj raspravi sa drugim sovjetskim naučnikom Jakovom Zeldovičem. On je tvrdio da je sa stanovišta kvantne mehanike, crna rupa sposobna da emituje čestice kroz efekat tunela. Kasnije je, uz pomoć kvantne mehanike, izgradio svoju, nešto drugačiju teoriju, engleski teorijski fizičar Stephen Hawking. Više o ovom fenomenu možete pročitati. Ukratko, postoje takozvane virtuelne čestice u vakuumu, koje se neprestano rađaju u parovima i međusobno se uništavaju, a da pritom ne stupaju u interakciju s vanjskim svijetom. Ali ako se takvi parovi pojave na horizontu događaja crne rupe, tada ih snažna gravitacija hipotetički može razdvojiti, pri čemu jedna čestica pada u crnu rupu, a druga odlazi od crne rupe. A pošto se čestica koja je odletjela iz rupe može promatrati, pa stoga ima pozitivnu energiju, čestica koja je pala u rupu mora imati negativnu energiju. Tako će crna rupa izgubiti svoju energiju i doći će do efekta koji se zove isparavanje crne rupe.

Prema dostupnim modelima crne rupe, kao što je ranije spomenuto, kako se njena masa smanjuje, njeno zračenje postaje sve intenzivnije. Zatim, u završnoj fazi postojanja crne rupe, kada se može svesti na veličinu kvantne crne rupe, ona će osloboditi ogromnu količinu energije u obliku zračenja, koja može biti ekvivalentna hiljadama ili čak milioni atomskih bombi. Ovaj događaj pomalo podsjeća na eksploziju crne rupe, poput iste bombe. Prema proračunima, primordijalne crne rupe su mogle nastati kao rezultat Velikog praska, a one od njih, čija je masa reda veličine 10 12 kg, trebale su ispariti i eksplodirati oko našeg vremena. Bilo kako bilo, takve eksplozije astronomi nikada nisu vidjeli.

Uprkos mehanizmu koji je predložio Hawking za uništavanje crnih rupa, svojstva Hawkingovog zračenja uzrokuju paradoks u okviru kvantne mehanike. Ako crna rupa apsorbira neko tijelo, a zatim izgubi masu koja nastaje kao rezultat apsorpcije ovog tijela, tada bez obzira na prirodu tijela, crna rupa se neće razlikovati od onoga što je bila prije apsorpcije tijela. U ovom slučaju, informacije o tijelu su zauvijek izgubljene. Sa stanovišta teorijskih proračuna, transformacija početnog čistog stanja u rezultirajuće mješovito (“termalno”) stanje ne odgovara trenutnoj teoriji kvantne mehanike. Ovaj paradoks se ponekad naziva nestanak informacija u crnoj rupi. Pravo rješenje za ovaj paradoks nikada nije pronađeno. Poznate opcije za rješavanje paradoksa:

• Nedosljednost Hawkingove teorije. To povlači za sobom nemogućnost uništavanja crne rupe i njen stalni rast.
• Prisustvo bijelih rupa. U ovom slučaju, apsorbirana informacija ne nestaje, već se jednostavno izbacuje u drugi Univerzum.
• Nedosljednost općeprihvaćene teorije kvantne mehanike.

Neriješen problem fizike crne rupe

Sudeći po svemu što je ranije opisano, crne rupe, iako se proučavaju relativno dugo, još uvijek imaju mnoge karakteristike čiji mehanizmi naučnicima još uvijek nisu poznati.

• Engleski naučnik je 1970. godine formulisao tzv. "princip kosmičke cenzure" - "Priroda se gnuša gole singularnosti." To znači da se singularnost formira samo na mjestima skrivenim od pogleda, poput centra crne rupe. Međutim, ovaj princip još nije dokazan. Postoje i teorijski proračuni prema kojima može doći do "gole" singularnosti.
• Nije dokazana ni “teorema bez dlake”, prema kojoj crne rupe imaju samo tri parametra.
• Potpuna teorija magnetosfere crne rupe nije razvijena.
• Priroda i fizika gravitacione singularnosti nije proučavana.
• Ne zna se sa sigurnošću šta se dešava u završnoj fazi postojanja crne rupe, a šta ostaje nakon njenog kvantnog raspada.

Zanimljive činjenice o crnim rupama

Sumirajući gore navedeno, možemo izdvojiti nekoliko zanimljivih i neobične karakteristike priroda crnih rupa:

• Crne rupe imaju samo tri parametra: masu, električni naboj i ugaoni moment. Kao rezultat tako malog broja karakteristika ovog tijela, teorema u kojoj se to navodi naziva se "teorema bez dlake". Otuda je i potekla fraza „crna rupa nema dlaku“, što znači da su dvije crne rupe apsolutno identične, njihova tri navedena parametra su ista.
• Gustina crnih rupa može biti manja od gustine zraka, a temperatura je blizu apsolutne nule. Iz ovoga možemo pretpostaviti da se stvaranje crne rupe ne događa zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu.
• Vrijeme za tijela koja apsorbiraju crne rupe teče mnogo sporije nego za vanjskog posmatrača. Osim toga, apsorbirana tijela su značajno rastegnuta unutar crne rupe, što su naučnici nazvali špagetifikacija.
• Možda postoji oko milion crnih rupa u našoj galaksiji.
• Verovatno postoji supermasivna crna rupa u centru svake galaksije.
• U budućnosti, prema teorijskom modelu, Univerzum će dostići takozvanu eru crnih rupa, kada će crne rupe postati dominantna tijela u Univerzumu.

Crne rupe, tamna materija, tamna materija... Ovo su nesumnjivo najčudniji i najmisteriozniji objekti u svemiru. Njihova bizarna svojstva mogu prkositi zakonima fizike u svemiru, pa čak i prirodi postojeće stvarnosti. Da bi razumjeli šta su crne rupe, naučnici nude da "promijene orijentire", nauče razmišljati izvan okvira i primjenjuju malo mašte. Crne rupe su formirane iz jezgara supermasivnih zvijezda, koje se mogu opisati kao prostor u kojem je ogromna masa koncentrisana u praznini i ništa, čak ni svjetlost, ne može izbjeći gravitacijskoj privlačnosti tamo. Ovo je oblast u kojoj druga svemirska brzina premašuje brzinu svetlosti: I što je objekat kretanja masivniji, to se mora brže kretati da bi se oslobodio svoje gravitacije. Ovo je poznato kao druga brzina bijega.

Collier Encyclopedia naziva crnom rupom područje u svemiru koje je nastalo kao rezultat potpunog gravitacionog kolapsa materije, u kojem je gravitacijsko privlačenje toliko snažno da ga ni materija, ni svjetlost, ni drugi nosioci informacija ne mogu napustiti. Stoga, unutrašnjost crne rupe nije uzročno povezana s ostatkom svemira; fizički procesi koji se dešavaju unutar crne rupe ne mogu uticati na procese izvan nje. Crna rupa je okružena površinom sa svojstvom jednosmjerne membrane: materija i zračenje slobodno padaju kroz nju u crnu rupu, ali iz nje ništa ne može pobjeći. Ova površina se naziva "horizont događaja".

Istorija otkrića

Crne rupe, predviđene opštom relativnošću (teorija gravitacije koju je predložio Ajnštajn 1915.) i druge, su više moderne teorije gravitaciju su matematički potkrijepili R. Oppenheimer i H. Snyder 1939. Ali svojstva prostora i vremena u blizini ovih objekata su se pokazala toliko neuobičajenim da ih astronomi i fizičari nisu shvaćali ozbiljno 25 godina. Međutim, astronomska otkrića sredinom 1960-ih natjerala su nas da na crne rupe gledamo kao na moguću fizičku stvarnost. Nova otkrića i studije mogu fundamentalno promijeniti naše razumijevanje prostora i vremena, bacajući svjetlo na milijarde kosmičkih misterija.

Formiranje crnih rupa

Dok se termonuklearne reakcije odvijaju u unutrašnjosti zvijezde, one održavaju visoku temperaturu i pritisak, sprječavajući da se zvijezda sruši pod utjecajem vlastite gravitacije. Međutim, s vremenom se nuklearno gorivo iscrpljuje, a zvijezda počinje da se smanjuje. Proračuni pokazuju da ako masa zvijezde ne prelazi tri solarne mase, tada će pobijediti u "bitci s gravitacijom": njen gravitacijski kolaps će biti zaustavljen pritiskom "degenerirane" materije, a zvijezda će se zauvijek pretvoriti u bijeli patuljak ili neutronska zvijezda. Ali ako je masa zvijezde veća od tri solarna, onda ništa ne može zaustaviti njen katastrofalni kolaps i ona će brzo otići ispod horizonta događaja, postajući crna rupa.

Da li je crna rupa rupa od krofne?

Sve što ne emituje svetlost teško je videti. Jedan od načina za traženje crne rupe je traženje regija u njima otvoreni prostor, koji imaju veliku masu i nalaze se u mračnom prostoru. Prilikom traženja ovih vrsta objekata, astronomi su ih pronašli u dva glavna područja: u centrima galaksija i u binarnim zvjezdanim sistemima u našoj galaksiji. Ukupno, kako naučnici sugerišu, postoje desetine miliona takvih objekata.

Trenutno, jedini pouzdan način da se crna rupa razlikuje od drugog tipa objekta jeste da se izmeri masa i veličina objekta i uporedi njegov radijus sa

Svaka osoba koja se upozna sa astronomijom prije ili kasnije doživi snažnu radoznalost prema najmisterioznijim objektima u svemiru – crnim rupama. Ovo su pravi gospodari tame, sposobni da "progutaju" bilo koji atom koji prođe u blizini i ne puste ni svjetlost da pobjegne - njihova privlačnost je tako moćna. Ovi objekti predstavljaju pravi izazov za fizičare i astronome. Prvi još uvijek ne mogu razumjeti šta se dešava sa materijom koja je upala u crnu rupu, a drugi, iako objašnjavaju najzahtjevnije pojave u svemiru postojanjem crnih rupa, nikada nisu imali priliku da posmatraju nijednu od njih. direktno. Razgovaraćemo o ovim najzanimljivijim nebeskim objektima, saznati šta je već otkriveno, a šta ostaje da se sazna kako bismo podignuli veo tajne.

Šta je crna rupa?

Naziv "crna rupa" (na engleskom - crna rupa) predložio je 1967. američki teorijski fizičar John Archibald Wheeler (vidi sliku lijevo). Služio je za označavanje nebeskog tijela, čija je privlačnost toliko jaka da se ni svjetlost ne ispušta iz sebe. Stoga je "crna" jer ne emituje svjetlost.

indirektna zapažanja

To je razlog takve misterije: pošto crne rupe ne sijaju, ne možemo ih direktno vidjeti i primorani smo da ih tražimo i proučavamo, koristeći samo indirektne dokaze koje njihovo postojanje ostavlja u okolnom prostoru. Drugim riječima, ako crna rupa proguta zvijezdu, ne možemo vidjeti crnu rupu, ali možemo promatrati razorne efekte njenog moćnog gravitacijskog polja.

Laplaceova intuicija

Unatoč činjenici da se izraz "crna rupa" za označavanje hipotetske završne faze evolucije zvijezde koja se urušila u sebe pod utjecajem gravitacije pojavio relativno nedavno, ideja o mogućnosti postojanja takvih tijela pojavila se više nego pre dva veka. Englez John Michell i Francuz Pierre-Simon de Laplace su nezavisno postavili hipotezu o postojanju "nevidljivih zvijezda"; dok su se zasnivali na uobičajenim zakonima dinamike i zakona gravitacije Newton. Danas su crne rupe dobile svoje ispravan opis zasnovano opšta teorija Ajnštajnova relativnost.

U svom djelu An Account of the System of the World (1796), Laplace je napisao: Svijetla zvijezda iste gustine kao i Zemlja, prečnika 250 puta većeg od prečnika Sunca, zbog svoje gravitacione privlačnosti ne bi dozvolila da svetlosni zraci dođu do nas. Stoga je moguće da su najveća i najsjajnija nebeska tijela nevidljiva iz tog razloga.

Nepobjediva gravitacija

Laplaceova ideja bila je zasnovana na konceptu brzine bijega (druge kosmičke brzine). Crna rupa je toliko gust objekt da je njena privlačnost u stanju da zadrži čak i svjetlost, koja razvija najveću brzinu u prirodi (gotovo 300.000 km/s). U praksi, da biste pobjegli iz crne rupe, potrebna vam je brzina veća od brzine svjetlosti, ali to je nemoguće!

To znači da bi zvezda ove vrste bila nevidljiva, jer čak ni svetlost ne bi mogla da savlada njenu moćnu gravitaciju. Ajnštajn je ovu činjenicu objasnio kroz fenomen skretanja svetlosti pod uticajem gravitacionog polja. U stvarnosti, u blizini crne rupe, prostor-vrijeme je toliko zakrivljeno da se putevi svjetlosnih zraka također zatvaraju. Da bismo Sunce pretvorili u crnu rupu, svu njegovu masu ćemo morati koncentrirati u kuglu poluprečnika 3 km, a Zemlja će se morati pretvoriti u loptu poluprečnika 9 mm!

Vrste crnih rupa

Prije desetak godina, opservacije su sugerirale postojanje dvije vrste crnih rupa: zvjezdane, čija je masa uporediva sa masom Sunca ili je neznatno veća, i supermasivne, čija je masa od nekoliko stotina hiljada do mnogo miliona solarnih masa. Međutim, relativno nedavno, rendgenske slike i spektri visoke rezolucije dobiveni s umjetni sateliti kao što su "Chandra" i "HMM-Newton", doveli su u prvi plan treću vrstu crne rupe - sa masom prosečne magnitude, koja je hiljadama puta veća od mase Sunca.

zvezdane crne rupe

Zvjezdane crne rupe postale su poznate ranije od drugih. Nastaju kada se na njenom kraju pojavi zvezda velike mase evolucioni put ostaje bez nuklearnog goriva i kolabira se u sebe zbog vlastite gravitacije. Eksplozija koja razbija zvijezde (ovaj fenomen je poznat kao “eksplozija supernove”) ima katastrofalne posljedice: ako jezgro zvijezde premašuje masu Sunca za više od 10 puta, ne nuklearne energije ne mogu izdržati gravitacijski kolaps koji bi rezultirao crnom rupom.

Supermasivne crne rupe

Supermasivne crne rupe, prvi put uočene u jezgrima nekih aktivnih galaksija, imaju drugačije porijeklo. Postoji nekoliko hipoteza o njihovom rođenju: zvjezdana crna rupa koja proždire sve zvijezde oko sebe milionima godina; spojeni skup crnih rupa; kolosalan oblak gasa koji kolabira direktno u crnu rupu. Ove crne rupe spadaju među najenergičnije objekte u svemiru. Oni se nalaze u centrima mnogih galaksija, ako ne i svih. Naša galaksija takođe ima takvu crnu rupu. Ponekad, zbog prisustva takve crne rupe, jezgra ovih galaksija postanu vrlo svijetla. Galaksije sa crnim rupama u centru, okružene velikom količinom padajuće materije i stoga sposobne da proizvedu ogromnu količinu energije, nazivaju se "aktivnim", a njihova jezgra se nazivaju "aktivnim galaktičkim jezgrama" (AGN). Na primjer, kvazari (najudaljeniji svemirski objekti od nas dostupni za naše promatranje) su aktivne galaksije, u kojima vidimo samo vrlo svijetlo jezgro.

Srednji i "mini"

Još jedna misterija ostaju crne rupe srednje mase, koje bi, prema nedavnim studijama, mogle biti u središtu nekih globularnih jata, kao što su M13 i NCC 6388. Mnogi astronomi su skeptični prema ovim objektima, ali neki najnovije istraživanje ukazuju na prisustvo crnih rupa srednje veličine čak i blizu centra naše Galaksije. Engleski fizičar Stephen Hawking iznio je i teorijsku pretpostavku o postojanju četvrtog tipa crne rupe - "mini-rupe" s masom od samo milijardu tona (što je približno jednako masi velike planine). Radi se o o primarnim objektima, odnosno onima koji su se pojavili u prvim trenucima života Univerzuma, kada je pritisak još bio veoma visok. Međutim, još uvijek nije otkriven nijedan trag njihovog postojanja.

Kako pronaći crnu rupu

Prije samo nekoliko godina upalilo se svjetlo iznad crnih rupa. Zahvaljujući stalno unapređenim instrumentima i tehnologijama (i zemaljskim i svemirskim), ovi objekti postaju sve manje misteriozni; tačnije, prostor koji ih okružuje postaje manje misteriozan. Zaista, budući da je sama crna rupa nevidljiva, možemo je prepoznati samo ako je okružena s dovoljno materije (zvijezda i vrućeg plina) koja kruži oko nje na maloj udaljenosti.

Gledanje dvostrukih sistema

Neke zvjezdane crne rupe otkrivene su promatranjem orbitalnog kretanja zvijezde oko nevidljivog pratioca dvostruki sistem. Bliski binarni sistemi (odnosno koji se sastoje od dvije zvijezde vrlo blizu jedna drugoj), u kojima je jedan od pratilaca nevidljiv, omiljeni su objekt promatranja astrofizičara koji traže crne rupe.

Indikacija prisutnosti crne rupe (ili neutronske zvijezde) je snažna emisija X-zraka, uzrokovana složenim mehanizmom, koji se može shematski opisati na sljedeći način. Zbog svoje snažne gravitacije, crna rupa može iščupati materiju iz zvijezde pratioca; ovaj gas se distribuira u obliku ravnog diska i pada spiralno u crnu rupu. Trenje koje nastaje kao rezultat sudara čestica padajućeg plina zagrijava unutrašnje slojeve diska na nekoliko miliona stupnjeva, što uzrokuje moćnu emisiju rendgenskih zraka.

Zapažanja u x-zrake

Posmatranja u rendgenskim zracima objekata u našoj galaksiji i susjednim galaksijama, koja se vrše već nekoliko decenija, omogućila su otkrivanje kompaktnih binarnih izvora, od kojih je desetak sistemi koji sadrže kandidate za crne rupe. Glavni problem je odrediti masu nevidljivog nebeskog tijela. Vrijednost mase (iako ne baš tačna) može se pronaći proučavanjem kretanja pratioca ili, što je mnogo teže, mjerenjem intenziteta rendgensko zračenje padajuće supstance. Ovaj intenzitet je jednačinom povezan sa masom tijela na koje ova supstanca pada.

Nobelovac

Nešto slično se može reći o supermasivnim crnim rupama uočenim u jezgri mnogih galaksija, čije se mase procjenjuju mjerenjem orbitalnih brzina gasa koji pada u crnu rupu. U ovom slučaju, uzrokovano snažnim gravitacijskim poljem vrlo velikog objekta, brzo povećanje brzine oblaka plina koji kruže oko centra galaksija otkriva se opservacijama u radio opsegu, kao i u optičkim snopovima. Zapažanja u rendgenskom rasponu mogu potvrditi povećano oslobađanje energije uzrokovano padom materije u crnu rupu. Istraživanje rendgenskih zraka početkom 1960-ih započeo je Italijan Riccardo Giacconi, koji je radio u SAD-u. Dobio je Nobelovu nagradu 2002. godine u znak priznanja za njegov "revolucionarni doprinos astrofizici koji je doveo do otkrića izvora rendgenskih zraka u svemiru".

Cygnus X-1: prvi kandidat

Naša galaksija nije imuna na prisustvo objekata kandidata za crne rupe. Srećom, nijedan od ovih objekata nije toliko blizu nas da bi predstavljao opasnost za postojanje Zemlje ili Solarni sistem. Uprkos veliki broj Uočeni kompaktni izvori rendgenskih zraka (a to su najvjerovatniji kandidati za pronalaženje crnih rupa tamo), nismo sigurni da oni zapravo sadrže crne rupe. Jedini među ovim izvorima koji nema alternativna verzija, je bliski binarni Labud X-1, odnosno najsjajniji izvor X zraka, u sazviježđu Labud.

masivne zvezde

Ovaj sistem, koji ima orbitalni period od 5,6 dana, sastoji se od veoma sjajne plave zvezde velika veličina(njegov prečnik je 20 puta veći od Sunca, a masa oko 30 puta), lako prepoznatljiva čak i u vašem teleskopu, i nevidljiva druga zvijezda, čija se masa procjenjuje na nekoliko solarnih masa (do 10). Smještena na udaljenosti od 6500 svjetlosnih godina od nas, druga zvijezda bi bila savršeno vidljiva da je obična zvijezda. Njegova nevidljivost, moćni rendgenski zraci sistema i konačno njegova procjena mase navode većinu astronoma na uvjerenje da je ovo prvo potvrđeno otkriće zvjezdane crne rupe.

Sumnje

Međutim, ima i skeptika. Među njima je i jedan od najvećih istraživača crnih rupa, fizičar Stephen Hawking. Čak se kladio sa svojim američkim kolegom Keelom Thorneom, snažnim zagovornikom klasifikacije Cygnus X-1 kao crne rupe.

Spor oko prirode objekta Cygnus X-1 nije jedina Hawkingova opklada. Nakon što je posvetio nekoliko devet godina teorijsko istraživanje crne rupe, on se uvjerio u pogrešnost svojih prethodnih ideja o ovim misterioznim objektima.Naročito, Hawking je pretpostavio da materija nakon pada u crnu rupu zauvijek nestaje, a sa njom nestaje i sav njen informacioni prtljag. Bio je toliko siguran u to da se 1997. godine kladio na ovu temu sa svojim američkim kolegom Johnom Preskillom.

Priznavanje greške

21. jula 2004. godine, u svom govoru na Kongresu relativnosti u Dablinu, Hawking je priznao da je Preskill bio u pravu. Crne rupe ne vode do potpuni nestanak supstance. Štaviše, oni imaju određenu vrstu "pamćenja". Unutar njih mogu biti pohranjeni tragovi onoga što su apsorbirali. Dakle, "isparavanjem" (to jest, polaganim emitovanjem zračenja zbog kvantnog efekta), oni mogu vratiti ovu informaciju našem Univerzumu.

Crne rupe u galaksiji

Astronomi još uvijek sumnjaju u prisutnost zvjezdanih crnih rupa u našoj galaksiji (poput one koja pripada binarnom sistemu Cygnus X-1); ali mnogo je manje sumnje u supermasivne crne rupe.

U centru

U našoj galaksiji postoji barem jedna supermasivna crna rupa. Njegov izvor, poznat kao Strelac A*, nalazi se tačno u centru ravni Mlečnog puta. Njegovo ime objašnjava činjenica da je najmoćniji radio izvor u sazviježđu Strijelca. U tom pravcu se nalaze i geometrijski i fizički centri našeg galaktičkog sistema. Smještena na udaljenosti od oko 26.000 svjetlosnih godina od nas, supermasivna crna rupa povezana s izvorom radio valova, Strijelac A*, ima masu koja se procjenjuje na oko 4 miliona solarnih masa, sadržana u prostoru čija je zapremina uporediva. na zapreminu Sunčevog sistema. Njegova relativna blizina nama (ova supermasivna crna rupa je bez sumnje najbliža Zemlji) dovela je do toga da objekat bude pod posebno dubljim nadzorom svemirske opservatorije Chandra posljednjih godina. Ispostavilo se, posebno, da je to i snažan izvor rendgenskih zraka (ali ne toliko moćan kao izvori u aktivnim galaktičkim jezgrama). Strijelac A* može biti uspavani ostatak onoga što je bilo aktivno jezgro naše Galaksije prije miliona ili milijardi godina.

Druga crna rupa?

Međutim, neki astronomi vjeruju da postoji još jedno iznenađenje u našoj galaksiji. Govorimo o drugoj crnoj rupi prosječne mase, koja drži na okupu jato mladih zvijezda i ne dozvoljava im da padnu u supermasivnu crnu rupu koja se nalazi u centru same Galaksije. Kako je moguće da na udaljenosti manjoj od jedne svjetlosne godine od njega može postojati jato zvijezda čija je starost jedva dostigla 10 miliona godina, odnosno, po astronomskim standardima, vrlo mlada? Prema istraživačima, odgovor leži u činjenici da jato nije rođeno tamo (okruženje oko centralne crne rupe je previše neprijateljsko za formiranje zvijezda), već je tamo "uvučeno" zbog postojanja druge crne rupe unutar it, koji ima masu prosječnih vrijednosti.

U orbiti

Pojedinačne zvijezde jata, privučene supermasivnom crnom rupom, počele su se pomicati prema galaktičkom centru. Međutim, umjesto da budu raspršeni u svemir, oni ostaju zajedno zbog privlačenja druge crne rupe koja se nalazi u središtu klastera. Masa ove crne rupe može se proceniti iz njene sposobnosti da drži čitavo zvezdano jato "na uzici". Čini se da će se crna rupa srednje veličine okretati oko centralne crne rupe za oko 100 godina. To znači da će nam dugoročna posmatranja tokom mnogo godina omogućiti da to "vidimo".

Crne rupe su jedina kosmička tijela koja gravitacijom privlače svjetlost. Oni su ujedno i najveći objekti u svemiru. Malo je vjerovatno da ćemo uskoro znati šta se dešava blizu njihovog horizonta događaja (poznatog kao "tačka bez povratka"). Ovo su najmisterioznija mjesta našeg svijeta, o kojima se, uprkos decenijama istraživanja, do sada zna vrlo malo. Ovaj članak sadrži 10 činjenica koje se mogu nazvati najintrigantnijim.

Crne rupe ne usisavaju materiju.

Mnogi ljudi zamišljaju crnu rupu kao neku vrstu "kosmičkog usisivača" koji uvlači okolni prostor. U stvari, crne rupe su obični kosmički objekti koji imaju izuzetno jako gravitaciono polje.

Kada bi se na mjestu Sunca pojavila crna rupa iste veličine, Zemlja ne bi bila povučena unutra, rotirala bi se po istoj orbiti kao danas. Zvijezde koje se nalaze u blizini crnih rupa gube dio svoje mase u obliku zvjezdanog vjetra (to se dešava za vrijeme postojanja bilo koje zvijezde), a crne rupe apsorbiraju samo ovu materiju.

Postojanje crnih rupa predvidio je Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild je bio prvi koji je primijenio Ajnštajnovu opštu teoriju relativnosti da opravda postojanje "tačke bez povratka". Sam Ajnštajn nije razmišljao o crnim rupama, iako njegova teorija omogućava da se predvidi njihovo postojanje.

Schwarzschild je dao svoj prijedlog 1915. godine, neposredno nakon što je Ajnštajn objavio svoju opštu teoriju relativnosti. Tada je nastao pojam "Schwarzschild radijus", vrijednost koja vam govori koliko morate komprimirati objekt da bi postao crna rupa.

Teoretski, sve može postati crna rupa. dosta kompresija. Što je objekat gušći, to je gravitaciono polje koje stvara jače. Na primjer, Zemlja bi postala crna rupa kada bi objekt veličine kikirikija imao svoju masu.

Crne rupe mogu proizvesti nove svemire

Ideja da crne rupe mogu proizvesti nove svemire čini se apsurdnom (posebno jer još uvijek nismo sigurni u postojanje drugih svemira). Ipak, naučnici aktivno razvijaju takve teorije.

Vrlo pojednostavljena verzija jedne od ovih teorija je sljedeća. Naš svijet ima izuzetno povoljne uslove za nastanak života u njemu. Kada bi se bilo koja od fizičkih konstanti barem malo promijenila, ne bismo bili na ovom svijetu. Singularnost crnih rupa nadjačava uobičajene zakone fizike i mogla bi (barem u teoriji) dovesti do novog svemira koji bi bio drugačiji od našeg.

Crne rupe vas (i bilo šta drugo) mogu pretvoriti u špagete

Crne rupe protežu objekte koji su im blizu. Ovi predmeti počinju ličiti na špagete (postoji čak i poseban izraz - "špagetiifikacija").

To je zbog načina na koji gravitacija djeluje. Trenutno su vam stopala bliže centru Zemlje nego glava, pa ih jače povlače. Na površini crne rupe, razlika u gravitaciji počinje raditi protiv vas. Noge se sve brže privlače u centar crne rupe, tako da gornja polovina torza ne može da ih prati. Rezultat: špagetifikacija!

Crne rupe vremenom isparavaju

Crne rupe ne samo da apsorbuju zvezdani vetar, već i isparavaju. Ovaj fenomen je otkriven 1974. godine i nazvan je Hawkingovo zračenje (po Stephenu Hawkingu, koji je otkrio).

S vremenom, crna rupa može svu svoju masu dati u okolni prostor zajedno sa ovim zračenjem i nestati.

Crne rupe usporavaju vrijeme oko sebe

Kako se približavate horizontu događaja, vrijeme se usporava. Da bismo razumeli zašto se to dešava, moramo se okrenuti „paradoksu blizanaca“, misaoni eksperiment, koji se često koristi za ilustraciju osnova Ajnštajnove opšte teorije relativnosti.

Jedan od braće blizanaca ostaje na Zemlji, dok drugi odleti na svemirsko putovanje, krećući se brzinom svjetlosti. Vraćajući se na Zemlju, blizanac otkriva da je njegov brat ostario više od njega, jer kada se kreće brzinom bliskom brzini svjetlosti, vrijeme teče sporije.

Kako se približavate horizontu događaja crne rupe, kretat ćete se tako velikom brzinom da će vam vrijeme usporiti.

Crne rupe su najnaprednije elektrane

Crne rupe generiraju energiju bolje od Sunca i drugih zvijezda. To je zbog toga što se stvar vrti oko njih. Prevazilazeći horizont događaja velikom brzinom, materija u orbiti crne rupe se zagrijava do ekstremno visokih temperatura. To se zove zračenje crnog tijela.

Poređenja radi, tokom nuklearne fuzije 0,7% materije se pretvara u energiju. U blizini crne rupe, 10% materije postaje energija!

Crne rupe iskrivljuju prostor oko sebe

Prostor se može zamisliti kao rastegnuta gumena traka na kojoj su nacrtane linije. Ako stavite predmet na ploču, on će promijeniti svoj oblik. Crne rupe rade na isti način. Njihova ekstremna masa privlači sve k sebi, uključujući i svjetlost (čiji bi se zraci, nastavljajući analogiju, mogli nazvati linijama na tanjiru).

Crne rupe ograničavaju broj zvijezda u svemiru

Zvezde nastaju iz gasnih oblaka. Da bi počelo formiranje zvijezda, oblak se mora ohladiti.

Zračenje crnih tijela sprječava hlađenje oblaka plina i sprječava stvaranje zvijezda.

Teoretski, svaki objekat može postati crna rupa.

Jedina razlika između našeg Sunca i crne rupe je snaga gravitacije. Mnogo je jači u centru crne rupe nego u centru zvezde. Kada bi naše Sunce bilo komprimirano na oko pet kilometara u prečniku, moglo bi biti crna rupa.

Teoretski, sve može postati crna rupa. U praksi znamo da crne rupe nastaju samo kao rezultat kolapsa ogromnih zvijezda, koje premašuju masu Sunca za 20-30 puta.

S. TRANKOVSKY

Među najvažnijim i najzanimljivijim problemima moderne fizike i astrofizike, akademik V. L. Ginzburg je naveo pitanja vezana za crne rupe (vidi Nauka i život, br. 11, 12, 1999). Postojanje ovih čudnih objekata predviđeno je prije više od dvije stotine godina, uslovi koji su doveli do njihovog nastanka tačno su izračunati krajem 30-ih godina XX vijeka, a astrofizika se s njima uhvatila u koštac prije manje od četrdeset godina. Danas naučni časopisiširom svijeta svake godine objavljuju hiljade članaka o crnim rupama.

Formiranje crne rupe može se dogoditi na tri načina.

Ovako je uobičajeno prikazati procese koji se odvijaju u blizini crne rupe koja se urušava. Kako vrijeme prolazi (Y), prostor (X) oko njega (osjenčano područje) se smanjuje prema singularnosti.

Gravitaciono polje crne rupe unosi snažna izobličenja u geometriju prostora.

Crna rupa, nevidljiva kroz teleskop, otkriva se samo svojim gravitacionim uticajem.

U moćnom gravitacionom polju crne rupe rađaju se parovi čestica-antičestica.

Rođenje para čestica-antičestica u laboratoriji.

KAKO SE POJAVA

Svjetleće nebesko tijelo, koje ima gustinu jednaku Zemljinoj, a prečnik dvjesto pedeset puta veći od prečnika Sunca, zbog sile svog privlačenja, neće dozvoliti svojoj svjetlosti da dopre do nas. Dakle, moguće je da najveća svjetleća tijela u svemiru, upravo zbog svoje veličine, ostanu nevidljiva.
Pierre Simon Laplace.
Predstavljanje sistema svijeta. 1796

Godine 1783. engleski matematičar John Mitchell, a trinaest godina kasnije, nezavisno od njega, francuski astronom i matematičar Pierre Simon Laplace sproveli su vrlo čudnu studiju. Razmatrali su uslove pod kojima svetlost ne bi mogla da napusti zvezdu.

Logika naučnika bila je jednostavna. Za bilo koji astronomski objekat (planetu ili zvijezdu) možete izračunati takozvanu izlaznu brzinu, ili drugu kosmičku brzinu, koja omogućava svakom tijelu ili čestici da ga zauvijek napusti. A u fizici tog vremena vladala je njutnova teorija prema kojoj je svjetlost tok čestica (pre teorije elektromagnetskih valova i kvanta preostalo je gotovo sto pedeset godina). Brzina bježanja čestica može se izračunati na osnovu jednakosti potencijalna energija na površini planete i kinetička energija tijelo koje je "pobjeglo" na beskonačno veliku udaljenost. Ova brzina je određena formulom #1#

gdje M je masa svemirskog objekta, R je njegov radijus, G je gravitaciona konstanta.

Odavde se lako dobija poluprečnik tela date mase (kasnije nazvan "gravitacioni radijus". r g"), pri kojoj je brzina bijega jednaka brzini svjetlosti:

To znači da je zvijezda komprimirana u sferu polumjera r g< 2GM/c 2 će prestati da emituje - svetlost neće moći da ga napusti. U svemiru će se pojaviti crna rupa.

Lako je izračunati da će se Sunce (njegova masa je 2,1033 g) pretvoriti u crnu rupu ako se skupi na radijus od oko 3 kilometra. Gustoća njegove supstance u ovom slučaju će dostići 10 16 g/cm 3 . Radijus Zemlje, komprimiran u stanje crne rupe, smanjio bi se na oko jedan centimetar.

Činilo se nevjerovatnim da se u prirodi mogu naći sile koje bi mogle komprimirati zvijezdu do tako beznačajne veličine. Stoga su se zaključci iz rada Mitchella i Laplacea više od stotinu godina smatrali nečim poput matematičkog paradoksa koji nema fizičko značenje.

Strogo matematički dokaz da je takav egzotični objekat u svemiru moguć, dobijeno je tek 1916. godine. Njemački astronom Karl Schwarzschild, analizirajući jednadžbe opće teorije relativnosti Alberta Einsteina, dobio je zanimljiv rezultat. Proučavajući kretanje čestice u gravitacionom polju masivnog tijela, došao je do zaključka da jednačina gubi fizičko značenje(njegovo rješenje ide u beskonačnost) at r= 0 i r = r g.

Tačke u kojima karakteristike polja gube svoje značenje nazivaju se singularne, odnosno posebne. Singularnost u nultoj tački odražava tačku, ili, što je isto, centralno simetričnu strukturu polja (na kraju krajeva, svako sferno tijelo - zvijezda ili planeta - može se predstaviti kao materijalna tačka). I tačke koje se nalaze na sfernoj površini poluprečnika r g , formiraju samu površinu sa koje je izlazna brzina jednaka brzini svjetlosti. U općoj teoriji relativnosti naziva se Schwarzschild singularna sfera ili horizont događaja (zašto - kasnije će postati jasno).

Već na primjeru nama poznatih objekata - Zemlje i Sunca - jasno je da su crne rupe veoma čudni objekti. Čak i astronomi koji se bave materijom pri ekstremnim temperaturama, gustoći i pritisku smatraju ih vrlo egzotičnima, a donedavno nisu svi vjerovali u njihovo postojanje. Međutim, prve naznake mogućnosti nastanka crnih rupa sadržane su već u općoj teoriji relativnosti A. Einsteina, stvorenoj 1915. godine. Engleski astronom Artur Edington, jedan od prvih tumača i popularizatora teorije relativnosti, tridesetih je godina prošlog veka izveo sistem jednačina koje opisuje unutrašnju strukturu zvezda. Iz njih proizilazi da je zvijezda u ravnoteži pod djelovanjem suprotno usmjerenih gravitacijskih sila i unutrašnjeg pritiska nastalog kretanjem čestica vruće plazme unutar svjetiljke i pritiskom zračenja nastalog u njegovim dubinama. A to znači da je zvijezda plinska lopta, u čijem središtu toplota postepeno se smanjuje prema periferiji. Iz jednačina je, posebno, proizilazilo da je temperatura površine Sunca oko 5500 stepeni (što je sasvim u skladu sa podacima astronomskih merenja), au njegovom centru bi trebalo da bude oko 10 miliona stepeni. To je omogućilo Eddingtonu da donese proročanski zaključak: na takvoj temperaturi se "zapali" termonuklearna reakcija, dovoljna da osigura sjaj Sunca. Atomski fizičari tog vremena nisu se složili sa ovim. Činilo im se da je u utrobi zvijezde previše "hladno": temperatura tamo nije bila dovoljna da bi reakcija "odšla". Na to je razjareni teoretičar odgovorio: "Potražite toplije mjesto!"

I na kraju se ispostavilo da je bio u pravu: u centru zvezde zaista postoji termonuklearna reakcija (druga stvar je da se takozvani "standardni solarni model", zasnovan na idejama o termonuklearnoj fuziji, očigledno pokazao kao biti netačan - vidi, na primjer, "Nauka i život" br. 2, 3, 2000.). Ipak, reakcija u centru zvijezde se odvija, zvijezda sija, a zračenje koje nastaje u ovom slučaju održava je u stabilnom stanju. Ali sada nuklearno "gorivo" u zvijezdi izgara. Oslobađanje energije prestaje, zračenje se gasi, a sila koja zadržava gravitaciono privlačenje nestaje. Postoji ograničenje mase zvijezde, nakon čega zvijezda počinje nepovratno da se smanjuje. Proračuni pokazuju da se to dešava ako masa zvijezde premašuje dvije ili tri solarne mase.

GRAVITACIJSKI KOLAPS

U početku je brzina kontrakcije zvijezde mala, ali njena brzina se stalno povećava, jer je sila privlačenja obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti. Kompresija postaje nepovratna, nema sila sposobnih da se suprotstave samogravitaciji. Ovaj proces se naziva gravitacijski kolaps. Brzina ljuske zvijezde prema njenom središtu raste, približavajući se brzini svjetlosti. I ovdje efekti teorije relativnosti počinju igrati ulogu.

Brzina bijega je izračunata na osnovu Newtonovih ideja o prirodi svjetlosti. Sa stanovišta opće relativnosti, pojave u blizini zvijezde u kolapsu javljaju se nešto drugačije. U njegovom snažnom gravitacionom polju dolazi do takozvanog gravitacionog crvenog pomaka. To znači da je frekvencija zračenja koja dolazi od masivnog objekta pomjerena prema niskim frekvencijama. U granici, na granici Schwarzschild sfere, frekvencija zračenja postaje nula. To jest, posmatrač koji je izvan njega neće moći da sazna ništa o tome šta se dešava unutra. Zato se Schwarzschildova sfera naziva horizontom događaja.

Ali smanjenje frekvencije je jednako usporavanju vremena, a kada frekvencija postane nula, vrijeme se zaustavlja. To znači da će vanjski posmatrač vidjeti vrlo čudnu sliku: školjka zvijezde koja pada sve većim ubrzanjem, umjesto da postigne brzinu svjetlosti, staje. Sa njegove tačke gledišta, kontrakcija će prestati čim se veličina zvezde približi gravitacionom radijusu
brkovi. Nikada neće vidjeti ni jednu česticu kako "roni" ispod Schwarzschildove sfere. Ali za hipotetičkog posmatrača koji padne u crnu rupu, sve će se završiti za nekoliko trenutaka prema njegovom satu. Tako će vrijeme gravitacionog kolapsa zvijezde veličine Sunca biti 29 minuta, a mnogo gušće i kompaktnije neutronske zvijezde - samo 1/20.000 sekunde. I evo ga u nevolji, povezanoj sa geometrijom prostor-vremena u blizini crne rupe.

Posmatrač ulazi u zakrivljeni prostor. U blizini gravitacionog radijusa, gravitacione sile postaju beskonačno velike; razvlače raketu sa astronautom-posmatračem u beskonačno tanku nit beskonačne dužine. Ali on sam to neće primijetiti: sve njegove deformacije odgovarat će izobličenjima prostorno-vremenskih koordinata. Ova razmatranja se, naravno, odnose na idealan, hipotetički slučaj. Svako pravo tijelo će biti rastrgano plimskim silama mnogo prije nego što se približi Schwarzschild sferi.

DIMENZIJE CRNIH RUPA

Veličina crne rupe, odnosno radijus Schwarzschildove sfere proporcionalna je masi zvijezde. A budući da astrofizika ne nameće nikakva ograničenja za veličinu zvijezde, crna rupa može biti proizvoljno velika. Kada bi, na primjer, nastala prilikom kolapsa zvijezde mase od 10 8 solarnih masa (ili zbog spajanja stotina hiljada, pa čak i miliona relativno malih zvijezda), njen polumjer bi bio oko 300 miliona kilometara, dva puta više od Zemljine orbite. A prosječna gustina tvari takvog diva bliska je gustoći vode.

Očigledno se upravo takve crne rupe nalaze u centrima galaksija. U svakom slučaju, astronomi danas broje oko pedesetak galaksija, u čijem središtu se, sudeći po indirektnim dokazima (o njima ćemo govoriti u nastavku), nalaze crne rupe mase od oko milijardu (10 9) solarnih. Očigledno i naša galaksija ima svoju crnu rupu; njegova masa je prilično precizno procijenjena - 2,4. 10 6 ±10% mase Sunca.

Teorija pretpostavlja da, zajedno s takvim supergigantima, crne mini rupe mase oko 10 14 g i radijusa od oko 10 -12 cm (veličina atomsko jezgro). One bi se mogle pojaviti u prvim trenucima postojanja Univerzuma kao manifestacija vrlo jake nehomogenosti prostor-vremena sa kolosalnom gustinom energije. Uslove koji su tada postojali u Univerzumu sada realizuju istraživači na moćnim sudaračima (akceleratorima na sudarajućim snopovima). Eksperimenti u CERN-u ranije ove godine dali su kvark-gluonsku plazmu, već postojeću materiju. elementarne čestice. Istraživanje ovog stanja materije nastavlja se u Brookhavenu, američkom akceleratorskom centru. Sposoban je ubrzati čestice do energije jedan i po do dva reda veličine veće od akceleratora u
CERN. Predstojeći eksperiment izazvao je ozbiljnu zabrinutost: hoće li se tokom njegove provedbe pojaviti crna mini rupa, koja će saviti naš prostor i uništiti Zemlju?

Ovaj strah izazvao je tako snažan odgovor da je američka vlada bila primorana sazvati mjerodavnu komisiju da testira ovu mogućnost. Komisija, koju su činili istaknuti istraživači, zaključila je da je energija akceleratora preniska da bi se stvorila crna rupa (ovaj eksperiment je opisan u časopisu "Nauka i život" br. 3, 2000).

KAKO VIDJETI NEVIDLJIVO

Crne rupe ne emituju ništa, čak ni svjetlost. Međutim, astronomi su naučili da ih vide, odnosno da pronađu "kandidate" za ovu ulogu. Postoje tri načina da se otkrije crna rupa.

1. Potrebno je pratiti kruženje zvijezda u jatima oko određenog centra gravitacije. Ako se ispostavi da u ovom centru nema ničega, a da se zvezde okreću, takoreći, oko praznog mesta, možemo sasvim pouzdano reći: u ovoj "praznini" postoji crna rupa. Na osnovu toga je pretpostavljeno prisustvo crne rupe u centru naše Galaksije i procenjena njena masa.

2. Crna rupa aktivno usisava materiju u sebe iz okolnog prostora. Međuzvjezdana prašina, plin, materija obližnjih zvijezda padaju na njega spiralno, formirajući takozvani akrecijski disk, sličan prstenu Saturna. (Upravo je to bilo zastrašujuće u eksperimentu u Brookhavenu: crna mini rupa koja je nastala u akceleratoru počeće da usisava Zemlju u sebe, a taj proces nije mogla zaustaviti nijedna sila.) Približavajući se Schwarzschild sferi, čestice iskusiti ubrzanje i početi zračiti u rendgenskom području. Ovo zračenje ima karakterističan spektar sličan dobro proučenom zračenju čestica ubrzanih u sinhrotronu. A ako takvo zračenje dolazi iz nekog regiona Univerzuma, možemo sa sigurnošću reći da tamo mora postojati crna rupa.

3. Kada se dvije crne rupe spoje, dolazi do gravitacionog zračenja. Izračunato je da ako je masa svakog od njih oko deset puta veća od mase Sunca, onda kada se spoje za nekoliko sati, energija ekvivalentna 1% njihove ukupne mase će se osloboditi u obliku gravitacionih talasa. To je hiljadu puta više od svetlosti, toplote i druge energije koju je Sunce emitovalo tokom čitavog perioda svog postojanja - pet milijardi godina. Oni se nadaju da će otkriti gravitaciono zračenje uz pomoć gravitaciono-talasnih opservatorija LIGO i drugih, koje se sada grade u Americi i Evropi uz učešće ruskih istraživača (vidi „Nauka i život“ br. 5, 2000).

Pa ipak, iako astronomi ne sumnjaju u postojanje crnih rupa, niko ne može kategorički tvrditi da se tačno jedna od njih nalazi u datoj tački u svemiru. Naučna etika, savjesnost istraživača zahtijevaju nedvosmislen odgovor na postavljeno pitanje, koji ne toleriše neslaganja. Nije dovoljno procijeniti masu nevidljivog objekta, potrebno je izmjeriti njegov radijus i pokazati da ne prelazi Schwarzschildov. Čak ni unutar naše Galaksije ovaj problem još nije riješen. Zato naučnici pokazuju određenu suzdržanost u izvještavanju o svom otkriću, a naučni časopisi su bukvalno puni izvještaja o teorijskom radu i zapažanjima efekata koji mogu rasvijetliti njihovu misteriju.

Istina, crne rupe imaju i još jedno svojstvo, teoretski predviđeno, koje bi, možda, omogućilo njihovo uočavanje. Ali, međutim, pod jednim uslovom: masa crne rupe mora biti mnogo manja od mase Sunca.

CRNA RUPA MOŽDA BITI "BIJELA"

Dugo su se crne rupe smatrale oličenjem tame, objektima koji u vakuumu, u nedostatku apsorpcije materije, ne zrače ništa. Međutim, 1974. godine, poznati engleski teoretičar Stephen Hawking pokazao je da se crnim rupama može dodijeliti temperatura i stoga moraju zračiti.

Prema konceptima kvantne mehanike, vakuum nije praznina, već neka vrsta "pjene prostor-vremena", mešavina virtuelnih (u našem svetu neuočljivih) čestica. Međutim, kvantne fluktuacije energije su sposobne da "izbace" par čestica-antičestica iz vakuuma. Na primjer, kada se dva ili tri gama kvanta sudare, elektron i pozitron će se pojaviti kao ni iz čega. Ova i slične pojave su više puta uočene u laboratorijama.

Upravo kvantne fluktuacije određuju procese zračenja crnih rupa. Ako je par čestica sa energijama E i -E(ukupna energija para je nula), nastaje u blizini Schwarzschild sfere, dalje sudbinečestice će biti različite. Oni mogu da unište skoro odmah ili zajedno prođu ispod horizonta događaja. U ovom slučaju, stanje crne rupe se neće promijeniti. Ali ako samo jedna čestica prođe ispod horizonta, posmatrač će registrovati drugu i učiniće mu se da ju je stvorila crna rupa. U ovom slučaju, crna rupa koja je apsorbirala česticu s energijom -E, smanjiće svoju energiju, i to sa energijom E- povećati.

Hawking je izračunao brzinu kojom se odvijaju svi ovi procesi i došao do zaključka da je vjerovatnoća apsorpcije čestica s negativnom energijom veća. To znači da crna rupa gubi energiju i masu – isparava. Osim toga, zrači kao potpuno crno tijelo s temperaturom T = 6 . 10 -8 M sa / M kelvini, gdje M c je masa Sunca (2,1033 g), M je masa crne rupe. Ovaj jednostavan odnos pokazuje da je temperatura crne rupe sa masom šest puta većom od Sunčeve stomilioniti deo stepena. Jasno je da tako hladno tijelo ne zrači praktično ništa, a svi navedeni argumenti ostaju na snazi. Još jedna stvar - mini rupe. Lako je uočiti da su sa masom od 10 14 -10 30 grama zagrejane na desetine hiljada stepeni i belo užarene! Međutim, odmah treba napomenuti da nema kontradiktornosti sa svojstvima crnih rupa: ovo zračenje emituje sloj iznad Schwarzschildove sfere, a ne ispod nje.

Dakle, crna rupa, koja je izgledala kao zauvijek zamrznut objekt, prije ili kasnije nestaje, isparavajući. Štoviše, kako "gubi težinu", brzina isparavanja se povećava, ali i dalje traje izuzetno dugo. Procjenjuje se da bi mini rupe teške 10-14 grama, koje su se pojavile neposredno nakon Velikog praska prije 10-15 milijardi godina, do našeg vremena trebale potpuno ispariti. U posljednjoj fazi njihovog života njihova temperatura dostiže kolosalnu vrijednost, pa proizvodi isparavanja moraju biti čestice izuzetno velike energije. Moguće je da su oni ti koji stvaraju široke atmosferske pljuskove - EAS-ove u Zemljinoj atmosferi. U svakom slučaju, porijeklo čestica anomalno visoke energije je još jedan važan i zanimljiv problem, što može biti usko povezano sa ništa manje uzbudljivim pitanjima u fizici crnih rupa.