Kiedy czarna dziura Najpierw opiszmy ten obiekt. Czarne dziury w galaktyce
Pod koniec swojego życia gwiazda może zamienić się w czarną dziurę. Podczas tej transformacji gwiazda jest bardzo mocno ściskana, podczas gdy jej masa jest zachowana. Gwiazda zamienia się w małą, ale bardzo ciężką kulkę. Jeśli założymy, że nasza planeta Ziemia stanie się czarną dziurą, to jej średnica w tym stanie wyniesie tylko 9 milimetrów. Ale Ziemia nie będzie mogła zamienić się w czarną dziurę, bo w jądrze planet zachodzą zupełnie inne reakcje, a nie takie jak w gwiazdach.
Więc silna kompresja a zagęszczenie gwiazdy wynika z faktu, że pod wpływem termiki reakcje jądrowe w środku gwiazdy jej siła przyciągania znacznie wzrasta i zaczyna przyciągać powierzchnię gwiazdy do jej środka. Stopniowo tempo, w jakim gwiazda się kurczy, wzrasta i ostatecznie zaczyna przekraczać prędkość światła. Gdy gwiazda osiąga ten stan, przestaje świecić, ponieważ cząstki światła – kwanty – nie są w stanie pokonać siły przyciągania. Gwiazda w tym stanie przestaje emitować światło, pozostaje "wewnątrz" promienia grawitacyjnego - granicy, w obrębie której przyciągane są wszystkie obiekty do powierzchni gwiazdy. Astronomowie nazywają tę granicę horyzontem zdarzeń. A poza tą granicą siła przyciągania czarna dziura zmniejsza się. Ponieważ cząstki światła nie mogą pokonać granicy grawitacyjnej gwiazdy, czarną dziurę można wykryć tylko za pomocą instrumentów, na przykład, jeśli z jakiegoś nieznanego powodu statek kosmiczny lub inne ciało - kometa lub asteroida - zacznie zmieniać swoją trajektorię, wtedy większość prawdopodobnie znalazł się pod wpływem sił grawitacyjnych czarnej dziury. Kontrolowany obiekt kosmiczny w takiej sytuacji musi pilnie włączyć wszystkie silniki i opuścić strefę niebezpiecznego przyciągania, a jeśli nie będzie wystarczającej mocy, to nieuchronnie zostanie pochłonięty przez czarną dziurę.
Gdyby Słońce mogło zamienić się w czarną dziurę, to planety Układ Słoneczny znajdowałby się w promieniu grawitacyjnym Słońca i przyciągałby je i pochłaniał. Na szczęście dla nas tak się nie stanie. tylko bardzo duże, masywne gwiazdy mogą zamienić się w czarną dziurę. Słońce jest na to za małe. W procesie ewolucji Słońce najprawdopodobniej stanie się wymarłym czarnym karłem. Inne czarne dziury, które już są w kosmosie, nie są niebezpieczne dla naszej planety i ziemskiego statku kosmicznego - są zbyt daleko od nas.
W popularnym serialu „Teoria wielkiego podrywu”, który możesz obejrzeć, nie poznasz tajników powstania Wszechświata ani przyczyn powstawania czarnych dziur w kosmosie. Główni bohaterowie są pasjonatami nauki i pracy na wydziale fizyki na uniwersytecie. Ciągle wpadają w różne śmieszne sytuacje, które przyjemnie się ogląda.
Czarne dziury zawsze były jednym z najciekawszych obiektów obserwacji dla naukowców. Będąc największymi obiektami we Wszechświecie, są jednocześnie niedostępne i całkowicie niedostępne dla ludzkości. Minie dużo czasu, zanim dowiemy się o procesach zachodzących w pobliżu „punktu bez powrotu”. Czym jest czarna dziura z naukowego punktu widzenia?
Porozmawiajmy o faktach, które mimo wszystko stały się znane badaczom w wyniku długiej pracy..
1. Czarne dziury w rzeczywistości nie są czarne.
Ponieważ czarne dziury emitują fale elektromagnetyczne, mogą nie wyglądać na czarne, ale raczej kolorowe. I wygląda bardzo imponująco.
2. Czarne dziury nie wciągają materii.
Wśród zwykłych śmiertelników panuje stereotyp, że czarna dziura to ogromny odkurzacz, który wciąga w siebie otaczającą przestrzeń. Nie bądźmy głupcami i spróbujmy dowiedzieć się, co to naprawdę jest.
Ogólnie (bez wchodzenia w złożoność) Fizyka kwantowa i badania astronomiczne) czarną dziurę można przedstawić jako obiekt kosmiczny o znacznie przeszacowanym polu grawitacyjnym. Na przykład, gdyby zamiast Słońca była czarna dziura tej samej wielkości, to… nic by się nie wydarzyło, a nasza planeta nadal obracałaby się po tej samej orbicie. Czarne dziury „pochłaniają” tylko część materii gwiazd w postaci wiatru gwiezdnego właściwego każdej gwieździe.
3. Czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty
Oczywiście ten fakt brzmi jak coś z science fiction, zwłaszcza że nie ma dowodów na istnienie innych wszechświatów. Niemniej jednak takie teorie są dość dokładnie badane przez naukowców.
Jeśli mówić zwykły język, to gdyby choć jedna fizyczna stała w naszym świecie zmieniła się nieznacznie, stracilibyśmy możliwość istnienia. Osobliwość czarnych dziur anuluje zwykłe prawa fizyki i może (przynajmniej teoretycznie) dać początek nowemu wszechświatowi, który różni się w ten czy inny sposób od naszego.
4. Czarne dziury z czasem wyparowują
Jak wspomniano wcześniej, czarne dziury pochłaniają wiatr gwiazdowy. Ponadto powoli, ale pewnie parują, to znaczy oddają swoją masę otaczającej przestrzeni, a następnie całkowicie znikają. Zjawisko to zostało odkryte w 1974 roku i nazwane promieniowaniem Hawkinga na cześć Stephena Hawkinga, który dokonał tego odkrycia światu. 
5. Odpowiedź na pytanie „co to jest czarna dziura” przewidział Karl Schwarzschild
Jak wiadomo, autor teorii względności związany z - Albertem Einsteinem. Ale naukowiec nie zwrócił należytej uwagi na badanie ciał niebieskich, chociaż jego teoria mogła, a ponadto przewidywać istnienie czarnych dziur. W ten sposób Karl Schwarzschild został pierwszym naukowcem, który złożył wniosek ogólna teoria teoria względności uzasadniająca istnienie „punktu bez powrotu”. 
Co ciekawe, stało się to w 1915 roku, tuż po tym, jak Einstein opublikował swoją ogólną teorię względności. Wtedy pojawił się termin „promień Schwarzschilda” – z grubsza mówiąc, jest to siła, z jaką trzeba ścisnąć obiekt, aby zamienił się w czarną dziurę. Nie jest to jednak łatwe zadanie. Zobaczmy dlaczego.
Faktem jest, że teoretycznie każde ciało może stać się czarną dziurą, ale pod wpływem pewnego stopnia kompresji. Na przykład owoc orzeszka ziemnego mógłby stać się czarną dziurą, gdyby miał masę planety Ziemia…
Ciekawostka: czarne dziury są jedynymi ciałami kosmicznymi tego rodzaju, które mają zdolność przyciągania światła za pomocą grawitacji.
6. Czarne dziury wypaczają przestrzeń wokół siebie.
Wyobraź sobie całą przestrzeń wszechświata w formie płyty winylowej. Jeśli położysz na nim gorący przedmiot, zmieni on swój kształt. To samo dzieje się z czarnymi dziurami. Ich ostateczna masa przyciąga wszystko, łącznie z promieniami światła, dzięki czemu przestrzeń wokół nich zakrzywia się.
7. Czarne dziury ograniczają liczbę gwiazd we wszechświecie
.... W końcu, jeśli gwiazdy się świecą -
Czy to oznacza, że ktoś tego potrzebuje?
W.W. Majakowski
Zwykle w pełni uformowane gwiazdy są chmurą schłodzonych gazów. Promieniowanie z czarnych dziur nie pozwala na ochładzanie się chmur gazu, a tym samym zapobiega powstawaniu gwiazd.
8. Czarne dziury to najbardziej zaawansowane elektrownie.
Czarne dziury wytwarzają więcej energii niż Słońce i inne gwiazdy. Powodem tego jest otaczająca go sprawa. Kiedy materia przekracza horyzont zdarzeń wysoka prędkość, nagrzewa się na orbicie czarnej dziury do granic możliwości wysoka temperatura. Zjawisko to nazywa się promieniowaniem ciała doskonale czarnego.
Ciekawostka: w procesie syntezy jądrowej 0,7% materii staje się energią. W pobliżu czarnej dziury 10% materii zamienia się w energię!
9. Co się stanie, jeśli wpadniesz do czarnej dziury?
Czarne dziury „rozciągają” ciała znajdujące się obok nich. W wyniku tego procesu przedmioty zaczynają przypominać spaghetti (istnieje nawet specjalne określenie – „spaghetti” =).
Chociaż ten fakt może wydawać się komiczny, ma swoje wytłumaczenie. Dzieje się tak dzięki zasada fizyczna siły przyciągania. Weźmy na przykład ludzkie ciało. Na ziemi nasze nogi znajdują się bliżej środka Ziemi niż głowa, więc są silniej przyciągane. Na powierzchni czarnej dziury nogi są przyciągane do środka czarnej dziury znacznie szybciej, a zatem Górna część ciało po prostu nie nadąża za nimi. Wniosek: spaghetyfikacja!
10. Teoretycznie każdy obiekt może stać się czarną dziurą
A nawet słońce. Jedyna rzecz, która absolutnie powstrzymuje słońce przed przeobrażeniem czarne ciało jest siła grawitacji. W centrum czarnej dziury jest wielokrotnie silniejszy niż w centrum Słońca. W tym przypadku, gdyby nasza oprawa została skompresowana do średnicy czterech kilometrów, mogłaby stać się czarną dziurą (ze względu na dużą masę).
Ale to w teorii. W praktyce wiadomo, że czarne dziury pojawiają się dopiero w wyniku kolapsu super dużych gwiazd, przekraczających masę Słońca 25-30 razy.
11. Czarne dziury spowalniają czas w ich pobliżu.
Główną tezą tego faktu jest to, że w miarę zbliżania się do horyzontu zdarzeń czas zwalnia. Zjawisko to można zilustrować za pomocą „paradoksu bliźniaczego”, który jest często używany do wyjaśniania zapisów teorii względności.
Główną ideą jest to, że jeden z braci bliźniaków leci w kosmos, podczas gdy drugi pozostaje na Ziemi. Wracając do domu, bliźniak odkrywa, że jego brat postarzał się bardziej od niego, ponieważ poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, czas zaczyna płynąć wolniej. 
Czarna dziura to specjalny obszar w przestrzeni. Jest to rodzaj nagromadzenia czarnej materii, zdolnej do wciągania i wchłaniania innych obiektów przestrzeni. Zjawisko czarnych dziur nadal nie jest. Wszystkie dostępne dane to tylko teorie i przypuszczenia astronomów naukowych.
Nazwę „czarna dziura” wprowadził naukowiec J.A. Wheeler w 1968 roku na Uniwersytecie Princeton.
Istnieje teoria, że czarne dziury to gwiazdy, ale niezwykłe, jak neutronowe. Czarna dziura to - - ponieważ ma bardzo wysoką gęstość jasności i nie wysyła żadnego promieniowania. Dlatego jest niewidoczny ani w podczerwieni, ani w promieniach rentgenowskich, ani w promieniach radiowych.
Ta sytuacja francuski astronom P. Laplace jeszcze 150 lat przed czarnymi dziurami. Według jego argumentów, jeśli ma gęstość równą gęstości Ziemi, a średnicę 250 razy większą niż średnica Słońca, to nie pozwala promieniom światła na propagację we Wszechświecie ze względu na swoją grawitację, i dlatego pozostaje niewidoczny. Zakłada się zatem, że czarne dziury są najsilniej promieniującymi obiektami we wszechświecie, ale nie mają one stałej powierzchni.
Właściwości czarnych dziur
Wszystkie domniemane właściwości czarnych dziur opierają się na teorii względności wyprowadzonej w XX wieku przez A. Einsteina. Żadne tradycyjne podejście do badania tego zjawiska nie dostarcza przekonującego wyjaśnienia zjawiska czarnych dziur.
Główną właściwością czarnej dziury jest zdolność zaginania czasu i przestrzeni. Każdy poruszający się obiekt, który wpadł w pole grawitacyjne, nieuchronnie zostanie wciągnięty do wewnątrz, ponieważ. w tym przypadku wokół obiektu pojawia się gęsty wir grawitacyjny, rodzaj lejka. Jednocześnie zmienia się również pojęcie czasu. Naukowcy, na podstawie obliczeń, nadal mają tendencję do wniosku, że czarne dziury nie są ciałami niebieskimi w konwencjonalnym sensie. To są naprawdę jakieś dziury, tunele czasoprzestrzenne, które mogą je zmieniać i zagęszczać.
Czarna dziura - ogrodzony teren przestrzeń, w którą skompresowana jest materia i z której nic nie może się wydostać, nawet światło.
Według obliczeń astronomów, przy silnym polu grawitacyjnym, które istnieje w czarnych dziurach, żaden obiekt nie może pozostać nienaruszony. Natychmiast zostanie rozerwany na miliardy kawałków, zanim jeszcze dostanie się do środka. Nie wyklucza to jednak możliwości wymiany cząstek i informacji za ich pomocą. A jeśli czarna dziura ma masę co najmniej miliard razy większą niż masa Słońca (supermasywna), to teoretycznie jest możliwe, aby obiekty poruszały się przez nią bez rozrywania przez grawitację.
To oczywiście tylko teorie, bo badania naukowców wciąż są zbyt dalekie od zrozumienia, jakie procesy i możliwości kryją czarne dziury. Możliwe, że coś podobnego wydarzy się w przyszłości.
Musiałeś widzieć filmy science fiction, gdzie bohaterowie podróżujący w kosmosie trafiają do innego wszechświata? Najczęściej tajemnicze kosmiczne czarne dziury stają się drzwiami do innego świata. Okazuje się, że w tych historiach jest trochę prawdy. Tak mówią naukowcy.
Kiedy w samym środku gwiazdy, w jej jądrze, kończy się paliwo, wszystkie jej cząstki stają się bardzo ciężkie. A potem cała planeta zapada się w centrum siebie. Powoduje to potężną falę uderzeniową, która rozbija zewnętrzną, wciąż płonącą powłokę gwiazdy i eksploduje w oślepiającym błysku. Jedna łyżeczka małej wymarłej gwiazdy waży kilka miliardów ton. Taka gwiazda nazywa się neutron. A jeśli gwiazda jest od dwudziestu do trzydziestu razy większa od naszego słońca, jej zniszczenie prowadzi do powstania najdziwniejszego zjawiska we wszechświecie - czarna dziura.
Przyciąganie do czarnej dziury jest tak silne, że przechwytuje planety, gazy, a nawet światło. Czarne dziury są niewidoczne, można je znaleźć jedynie dzięki ogromnemu lejkowi wlatujących w nie kosmicznych ciał. Jedynie wokół niektórych otworów powstaje jasna poświata. W końcu prędkość obrotowa jest bardzo duża, cząstki ciał niebieskich nagrzewają się do milionów stopni i jasno świecą
kosmiczna czarna dziura przyciąga wszystkie przedmioty, skręcając je w spiralę. Zbliżając się do czarnej dziury, obiekty zaczynają przyspieszać i rozciągać się jak ogromne spaghetti. Siła przyciągania stopniowo rośnie iw pewnym momencie staje się tak potworna, że nic nie jest w stanie jej pokonać. Ta granica nazywana jest horyzontem zdarzeń. Każde wydarzenie, które nastąpi za nim, pozostanie niewidoczne na zawsze.
Naukowcy sugerują, że czarne dziury mogą tworzyć tunele w kosmosie - " tunele czasoprzestrzenne”. Jeśli się do niego dostaniesz, możesz przejść przez przestrzeń i znaleźć się w innym Wszechświecie, gdzie znajduje się przeciwległa biała dziura. Może kiedyś ten sekret zostanie ujawniony na potężnym statki kosmiczne ludzie będą podróżować w innych wymiarach.
Bezkresny Wszechświat jest pełen tajemnic, zagadek i paradoksów. Mimo że nowoczesna nauka zrobił ogromny krok naprzód w eksploracji kosmosu, wiele w tym nieskończonym świecie pozostaje niezrozumiałych dla ludzkiego światopoglądu. Dużo wiemy o gwiazdach, mgławicach, gromadach i planetach. Jednak w bezmiarze Wszechświata istnieją takie obiekty, o których istnieniu możemy się tylko domyślać. Na przykład niewiele wiemy o czarnych dziurach. Podstawowe informacje i wiedza o naturze czarnych dziur opierają się na założeniach i przypuszczeniach. Astrofizycy i atomiści zmagają się z tym problemem od kilkunastu lat. Czym jest czarna dziura w kosmosie? Jaka jest natura takich przedmiotów?
Mówienie o czarnych dziurach w prostych słowach
Aby wyobrazić sobie, jak wygląda czarna dziura, wystarczy zobaczyć ogon pociągu wyjeżdżającego z tunelu. Lampki sygnalizacyjne na ostatnim wagonie, gdy pociąg wjeżdża w tunel, będą się zmniejszać, aż całkowicie znikną z pola widzenia. Innymi słowy są to obiekty, w których z powodu potwornego przyciągania znika nawet światło. Cząstki elementarne, elektrony, protony i fotony nie są w stanie pokonać niewidzialnej bariery, wpadają w czarną otchłań nicości, dlatego taką dziurę w przestrzeni nazwano czarną. Nie ma w nim najmniejszego jasnego punktu, solidna czerń i nieskończoność. Nie wiadomo, co znajduje się po drugiej stronie czarnej dziury.
Ten kosmiczny odkurzacz ma kolosalną siłę przyciągania i jest w stanie wchłonąć całą galaktykę ze wszystkimi gromadami i supergromadami gwiazd, do tego mgławice i ciemną materię. Jak to jest możliwe? Pozostaje tylko zgadywać. Znane nam w tym przypadku prawa fizyki pękają w szwach i nie wyjaśniają zachodzących procesów. Istota paradoksu polega na tym, że na danym odcinku Wszechświata oddziaływanie grawitacyjne ciał determinowane jest ich masą. Na proces wchłaniania jednego przedmiotu drugiego nie ma wpływu ich jakość i skład ilościowy. Cząstki, które osiągnęły krytyczną ilość w pewnym obszarze, wchodzą na inny poziom interakcji, gdzie siły grawitacyjne stają się siłami przyciągania. Ciało, przedmiot, substancja czy materia pod wpływem grawitacji zaczyna się kurczyć, osiągając kolosalną gęstość.
W przybliżeniu takie procesy zachodzą podczas formowania się gwiazdy neutronowej, gdzie materia gwiezdna ulega ściśnięciu objętości pod wpływem grawitacji wewnętrznej. Swobodne elektrony łączą się z protonami, tworząc elektrycznie obojętne cząstki zwane neutronami. Gęstość tej substancji jest ogromna. Cząstka materii wielkości kawałka rafinowanego cukru waży miliardy ton. W tym miejscu wypadałoby przypomnieć ogólną teorię względności, gdzie przestrzeń i czas są wielkościami ciągłymi. Dlatego procesu kompresji nie można zatrzymać w połowie i dlatego nie ma ograniczeń.
Potencjalnie czarna dziura wygląda jak dziura, w której może nastąpić przejście z jednej części przestrzeni do drugiej. Jednocześnie zmieniają się właściwości przestrzeni i samego czasu, skręcając się w lej czasoprzestrzenny. Sięgając do dna tego lejka, każda materia rozpada się na kwanty. Co znajduje się po drugiej stronie czarnej dziury, tej gigantycznej dziury? Być może jest jeszcze inna przestrzeń, w której działają inne prawa, a czas płynie w przeciwnym kierunku.
W kontekście teorii względności teoria czarnej dziury wygląda następująco. Punkt w przestrzeni, w którym siły grawitacyjne skompresowały każdą materię do mikroskopijnych rozmiarów, ma kolosalną siłę przyciągania, której wielkość wzrasta do nieskończoności. Pojawia się zmarszczka czasu, przestrzeń zakrzywia się, zamykając w jednym punkcie. Obiekty połknięte przez czarną dziurę nie są w stanie samodzielnie oprzeć się sile wciągania tego monstrualnego odkurzacza. Nawet prędkość światła, jaką posiadają kwanty, nie pozwala cząstkom elementarnym pokonać siły przyciągania. Każde ciało, które dotrze do takiego punktu, przestaje być obiektem materialnym, zlewającym się z bańką czasoprzestrzeni.
Czarne dziury w ujęciu naukowym
Jeśli zadajesz sobie pytanie, jak powstają czarne dziury? Nie będzie jednej odpowiedzi. We Wszechświecie istnieje wiele paradoksów i sprzeczności, których nie da się wytłumaczyć naukowo. Teoria względności Einsteina pozwala jedynie na teoretyczne wyjaśnienie natury takich obiektów, ale mechanika kwantowa i fizyka milczą w tym przypadku.
Próbując wyjaśnić zachodzące procesy prawami fizyki, obraz będzie wyglądał tak. Obiekt powstały w wyniku kolosalnego ściskania grawitacyjnego masywnego lub supermasywnego ciała kosmicznego. Ten proces jest nazwa naukowa— zapaść grawitacyjna. Termin „czarna dziura” po raz pierwszy pojawił się w społeczności naukowej w 1968 roku, kiedy amerykański astronom i fizyk John Wheeler próbował wyjaśnić stan zapadania się gwiazdy. Zgodnie z jego teorią, w miejscu masywnej gwiazdy, która uległa kolapsowi grawitacyjnemu, pojawia się szczelina przestrzenna i czasowa, w której działa coraz większa kompresja. Wszystko, z czego składała się gwiazda, wchodzi w siebie.
Takie wyjaśnienie pozwala stwierdzić, że natura czarnych dziur nie jest w żaden sposób związana z procesami zachodzącymi we Wszechświecie. Wszystko, co dzieje się wewnątrz tego obiektu, nie wpływa w żaden sposób na otaczającą przestrzeń jednym „ALE”. Siła grawitacyjna czarnej dziury jest tak silna, że zakrzywia przestrzeń, powodując rotację galaktyk wokół czarnych dziur. W związku z tym, powód, dla którego galaktyki przybierają formę spiral, staje się jasny. Nie wiadomo, ile czasu zajmie ogromnej galaktyce Drogi Mlecznej zniknięcie w otchłani supermasywnej czarnej dziury. Ciekawym faktem jest to, że czarne dziury mogą pojawić się w dowolnym miejscu w przestrzeni kosmicznej, gdzie zostały w tym celu stworzone. idealne warunki. Taka zmarszczka czasu i przestrzeni niweluje ogromne prędkości, z jakimi gwiazdy obracają się i poruszają w przestrzeni galaktyki. Czas w czarnej dziurze płynie w innym wymiarze. W tym obszarze nie można interpretować praw grawitacji z punktu widzenia fizyki. Ten stan nazywa się osobliwością czarnej dziury.
Czarne dziury nie wykazują żadnych zewnętrznych znaków identyfikacyjnych, ich istnienie można ocenić po zachowaniu innych obiekty kosmiczne, na które oddziałują pola grawitacyjne. Cały obraz walki o życie i śmierć rozgrywa się na granicy czarnej dziury, która pokryta jest membraną. Ta wyimaginowana powierzchnia lejka nazywana jest „horyzontem zdarzeń”. Wszystko, co widzimy do tej granicy, jest namacalne i materialne.
Scenariusze powstawania czarnych dziur
Rozwijając teorię Johna Wheelera, możemy stwierdzić, że tajemnica czarnych dziur nie jest w trakcie jej powstawania. Powstawanie czarnej dziury następuje w wyniku kolapsu gwiazdy neutronowej. Co więcej, masa takiego obiektu powinna trzykrotnie lub więcej razy przekraczać masę Słońca. Gwiazda neutronowa kurczy się, aż jej własne światło nie jest już w stanie uciec przed ciasnym uściskiem grawitacji. Istnieje limit rozmiaru, do którego gwiazda może się skurczyć, aby narodzić czarną dziurę. Ten promień nazywa się promieniem grawitacyjnym. Masywne gwiazdy w końcowej fazie rozwoju powinny mieć promień grawitacyjny rzędu kilku kilometrów.
Dziś naukowcy uzyskali poszlakowe dowody na obecność czarnych dziur w kilkunastu rentgenowskich gwiazdach podwójnych. Gwiazda rentgenowska, pulsar czy burster nie mają stałej powierzchni. Ponadto ich masa jest większa niż masa trzech Słońc. Obecny stan przestrzeni kosmicznej w konstelacji Łabędzia, gwiazdy rentgenowskiej Cygnus X-1, umożliwia prześledzenie powstawania tych ciekawych obiektów.
Na podstawie badań i założeń teoretycznych istnieją cztery scenariusze powstawania czarnych gwiazd w dzisiejszej nauce:
- zapadanie grawitacyjne masywnej gwiazdy w końcowej fazie jej ewolucji;
- upadek centralnego obszaru galaktyki;
- powstawanie czarnych dziur podczas Wielkiego Wybuchu;
- powstawanie kwantowych czarnych dziur.
Pierwszy scenariusz jest najbardziej realistyczny, ale liczba czarnych gwiazd, które znamy dzisiaj, przewyższa liczbę znanych gwiazd neutronowych. A wiek Wszechświata nie jest tak wielki, aby tak duża liczba masywnych gwiazd mogła przejść przez pełny proces ewolucji.
Drugi scenariusz ma prawo do życia i jest doskonały przykład- supermasywna czarna dziura Strzelec A*, ukryta w centrum naszej galaktyki. Masa tego obiektu to 3,7 mas Słońca. Mechanizm tego skryptu jest podobny do skryptu zapaść grawitacyjna z tą tylko różnicą, że to nie gwiazda ulega kolapsowi, ale gaz międzygwiazdowy. Pod wpływem sił grawitacyjnych gaz zostaje sprężony do masy krytycznej i gęstości. W krytycznym momencie materia rozpada się na kwanty, tworząc czarną dziurę. Jednak ta teoria jest wątpliwa, ponieważ astronomowie z Columbia University niedawno zidentyfikowali satelity czarnej dziury Sagittarius A*. Okazało się, że jest to wiele małych czarnych dziur, które prawdopodobnie uformowały się w inny sposób.
Trzeci scenariusz jest bardziej teoretyczny i wiąże się z istnieniem teorii Wielkiego Wybuchu. W czasie powstawania Wszechświata część materii i pól grawitacyjnych podlegała fluktuacjom. Innymi słowy, procesy poszły inną drogą, niezwiązaną ze znanymi procesami mechaniki kwantowej i fizyki jądrowej.
Ostatni scenariusz skupia się na fizyce wybuch jądrowy. W kępach materii, w procesie reakcji jądrowych, pod wpływem sił grawitacyjnych dochodzi do wybuchu, w miejscu którego powstaje czarna dziura. Materia eksploduje do wewnątrz, pochłaniając wszystkie cząsteczki.
Istnienie i ewolucja czarnych dziur
Mając zgrubne pojęcie o naturze takich dziwnych obiektów kosmicznych, coś innego jest interesujące. Jakie są prawdziwe rozmiary czarnych dziur i jak szybko rosną? Wymiary czarnych dziur są określone przez ich promień grawitacyjny. W przypadku czarnych dziur promień czarnej dziury jest określany przez jej masę i nazywany jest promieniem Schwarzschilda. Na przykład, jeśli obiekt ma masę równą masie naszej planety, to promień Schwarzschilda w tym przypadku wynosi 9 mm. Nasza główna oprawa ma promień 3 km. Średnia gęstość czarnej dziury powstałej w miejscu gwiazdy o masie 10⁸ mas Słońca będzie zbliżona do gęstości wody. Promień takiej formacji wyniesie 300 milionów kilometrów.
Jest prawdopodobne, że takie gigantyczne czarne dziury znajdują się w centrum galaktyk. Do tej pory znanych jest 50 galaktyk, w centrum których znajdują się ogromne studnie czasu i przestrzeni. Masa takich gigantów to miliardy masy Słońca. Można sobie tylko wyobrazić, jak ogromną i potworną siłę przyciągania posiada taka dziura.
Jeśli chodzi o małe dziurki, to są to miniobiekty, których promień osiąga znikome wartości, tylko 10¯¹² cm, masa takiego okrucha to 10¹⁴g. Podobne formacje powstała w czasie Wielkiego Wybuchu, ale z czasem zwiększyła się i dziś obnosi się w przestrzeń kosmiczna jako potwory. Warunki, w jakich miało miejsce formowanie się małych czarnych dziur, naukowcy próbują dziś odtworzyć w warunkach ziemskich. W tym celu przeprowadza się eksperymenty w zderzaczach elektronów, przez które cząstki elementarne przyspieszyć do prędkości światła. Pierwsze eksperymenty umożliwiły uzyskanie w warunkach laboratoryjnych plazmy kwarkowo-gluonowej - materii, która istniała na początku powstania Wszechświata. Takie eksperymenty pozwalają mieć nadzieję, że czarna dziura na Ziemi to kwestia czasu. Inna sprawa, czy takie osiągnięcie nauki o człowieku przerodzi się w katastrofę dla nas i dla naszej planety. Poprzez sztuczne stworzenie czarnej dziury możemy otworzyć puszkę Pandory.
Ostatnie obserwacje innych galaktyk pozwoliły naukowcom odkryć czarne dziury, których wymiary przekraczają wszelkie wyobrażalne oczekiwania i założenia. Ewolucja zachodząca z takimi obiektami pozwala lepiej zrozumieć, dlaczego masa czarnych dziur rośnie, jaka jest jej rzeczywista granica. Naukowcy doszli do wniosku, że wszystkie znane czarne dziury urosły do ich poziomu prawdziwe rozmiary w ciągu 13-14 miliardów lat. Różnica wielkości wynika z gęstości otaczającej przestrzeni. Jeśli czarna dziura ma wystarczającą ilość pożywienia w zasięgu sił grawitacji, rośnie skokowo, osiągając masę setek i tysięcy mas Słońca. Stąd i gigantyczny rozmiar takie obiekty znajdujące się w centrum galaktyk. Masywna gromada gwiazd, ogromne masy gazu międzygwiazdowego są obfitym pożywieniem dla wzrostu. Kiedy galaktyki łączą się, czarne dziury mogą się łączyć, tworząc nowy supermasywny obiekt.
Sądząc po analizie procesów ewolucyjnych, zwyczajowo rozróżnia się dwie klasy czarnych dziur:
- obiekty o masie 10 razy większej od masy Słońca;
- masywne obiekty, których masa to setki tysięcy, miliardy mas Słońca.
Istnieją czarne dziury o średniej masie pośredniej równej 100-10 tys. mas Słońca, ale ich natura jest wciąż nieznana. W jednej galaktyce jest w przybliżeniu jeden taki obiekt. Badanie gwiazd rentgenowskich umożliwiło znalezienie dwóch średnich czarnych dziur w odległości 12 milionów lat świetlnych w galaktyce M82. Masa jednego obiektu waha się w granicach 200-800 mas Słońca. Kolejny obiekt jest znacznie większy i ma masę 10-40 tysięcy mas Słońca. Ciekawe są losy takich obiektów. Znajdują się one w pobliżu gromad gwiazd, stopniowo przyciągane przez supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centralnej części galaktyki.
Nasza planeta i czarne dziury
Pomimo poszukiwań wskazówek na temat natury czarnych dziur, świat nauki martwi się o miejsce i rolę czarnej dziury w losach galaktyki Drogi Mlecznej, a w szczególności o losy planety Ziemia. Fałda czasu i przestrzeni, która istnieje w centrum droga Mleczna, stopniowo pochłania wszystkie istniejące obiekty wokół. Miliony gwiazd i biliony ton gazu międzygwiazdowego zostały już wchłonięte przez czarną dziurę. Z czasem zwrot dotrze do ramion Łabędzia i Strzelca, w których znajduje się Układ Słoneczny, pokonując odległość 27 tysięcy lat świetlnych.
Druga najbliższa supermasywna czarna dziura znajduje się w centralnej części galaktyki Andromedy. To około 2,5 miliona lat świetlnych od nas. Prawdopodobnie zanim nasz obiekt Strzelec A* wchłonie własną galaktykę, powinniśmy spodziewać się połączenia dwóch sąsiednich galaktyk. W związku z tym nastąpi połączenie dwóch supermasywnych czarnych dziur w jedną, straszną i monstrualną wielkością.
Zupełnie inną sprawą są małe czarne dziury. Aby wchłonąć planetę Ziemię, wystarczy czarna dziura o promieniu kilku centymetrów. Problem polega na tym, że z natury czarna dziura jest obiektem całkowicie pozbawionym twarzy. Żadne promieniowanie ani promieniowanie nie pochodzi z jej macicy, więc dość trudno jest zauważyć tak tajemniczy obiekt. Tylko z bliski zasięg można wykryć krzywiznę światła tła, co wskazuje, że w tym rejonie wszechświata znajduje się dziura w przestrzeni.
Do tej pory naukowcy ustalili, że najbliższą Ziemi czarną dziurą jest V616 Monocerotis. Potwór znajduje się 3000 lat świetlnych od naszego układu. Pod względem wielkości jest to duża formacja, jej masa to 9-13 mas Słońca. Innym pobliskim obiektem zagrażającym naszemu światu jest czarna dziura Gygnus X-1. Z tym potworem dzieli nas odległość 6000 lat świetlnych. Ujawnione w naszym sąsiedztwie czarne dziury są częścią układu podwójnego, tj. istnieją w bliskiej odległości od gwiazdy, która karmi nienasycony obiekt.
Wniosek
Istnienie w kosmosie tak tajemniczych i tajemniczych obiektów, jak czarne dziury, oczywiście sprawia, że mamy się na baczności. Jednak wszystko, co dzieje się z czarnymi dziurami, zdarza się dość rzadko, biorąc pod uwagę wiek wszechświata i ogromne odległości. Od 4,5 miliarda lat Układ Słoneczny znajduje się w spoczynku, istniejącym zgodnie ze znanymi nam prawami. W tym czasie w pobliżu Układu Słonecznego nie pojawiło się nic z tego rodzaju, ani zniekształcenie przestrzeni, ani fałd czasu. Prawdopodobnie nie ma do tego odpowiednich warunków. Ta część Drogi Mlecznej, w której znajduje się układ słoneczny, jest spokojną i stabilną częścią przestrzeni.
Naukowcy przyznają, że pojawienie się czarnych dziur nie jest przypadkowe. Takie obiekty pełnią rolę sanitariuszy we Wszechświecie, niszcząc nadmiar ciał kosmicznych. Jeśli chodzi o los samych potworów, ich ewolucja nie została jeszcze w pełni zbadana. Istnieje wersja, w której czarne dziury nie są wieczne i pewien etap może przestać istnieć. Nie jest już dla nikogo tajemnicą, że takie obiekty są najpotężniejszymi źródłami energii. Co to za energia i jak jest mierzona, to inna sprawa.
Dzięki wysiłkom Stephena Hawkinga nauka otrzymała teorię, że czarna dziura nadal promieniuje energią, tracąc swoją masę. W swoich założeniach naukowiec kierował się teorią względności, w której wszystkie procesy są ze sobą powiązane. Nic po prostu nie znika bez pojawienia się gdzie indziej. Każda materia może zostać przekształcona w inną substancję, podczas gdy jeden rodzaj energii przechodzi na inny poziom energetyczny. Tak może być w przypadku czarnych dziur, które są portalem przejściowym z jednego stanu do drugiego.
Jeśli masz jakieś pytania - zostaw je w komentarzach pod artykułem. My lub nasi goście chętnie na nie odpowiemy.