เนื่องจากความสนใจที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในการสร้างภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมเกี่ยวกับการสำรวจอวกาศ ผู้ชมสมัยใหม่จึงเคยได้ยินเกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ภาวะเอกฐานหรือหลุมดำมามากมาย อย่างไรก็ตาม เห็นได้ชัดว่าภาพยนตร์ไม่ได้เปิดเผยลักษณะทั้งหมดของปรากฏการณ์เหล่านี้ และบางครั้งก็บิดเบือนทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่สร้างขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดียิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้การนำเสนอของหลายคน คนทันสมัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้อย่างเผินๆ หรือผิดพลาดโดยสมบูรณ์ หนึ่งในวิธีแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นคือบทความนี้ ซึ่งเราจะพยายามทำความเข้าใจผลการวิจัยที่มีอยู่และตอบคำถาม - หลุมดำคืออะไร?

ในปี ค.ศ. 1784 นักบวชชาวอังกฤษและนักธรรมชาติวิทยา จอห์น มิเชลล์ กล่าวในจดหมายถึงราชสมาคมว่าเป็นวัตถุมวลมหาศาลตามสมมุติฐานซึ่งมีแรงดึงดูดอย่างแรงกล้าจนความเร็วจักรวาลที่สองของวัตถุดังกล่าวจะเกินความเร็วแสง ความเร็วจักรวาลที่สองคือความเร็วที่วัตถุขนาดค่อนข้างเล็กจะต้องเอาชนะแรงดึงดูดของวัตถุท้องฟ้าและเกินขอบเขตของวงโคจรปิดรอบวัตถุนี้ ตามการคำนวณของเขา วัตถุที่มีความหนาแน่นของดวงอาทิตย์และมีรัศมี 500 ดวงอาทิตย์จะมีความเร็วจักรวาลที่สองเท่ากับความเร็วแสงบนพื้นผิวของมัน ในกรณีนี้แม้แสงจะไม่ออกจากพื้นผิวของร่างกายดังนั้น ให้ร่างกายจะดูดซับแสงที่เข้ามาเท่านั้นและยังคงมองไม่เห็นแก่ผู้สังเกต ซึ่งเป็นจุดสีดำบนพื้นหลังของพื้นที่มืด

อย่างไรก็ตาม แนวคิดเรื่องวัตถุมวลมหาศาลที่เสนอโดย Michell ไม่ได้ดึงดูดความสนใจมากนัก จนกระทั่งผลงานของ Einstein จำได้ว่าอย่างหลังกำหนดความเร็วของแสงเป็นความเร็วที่ จำกัด ของการถ่ายโอนข้อมูล นอกจากนี้ ไอน์สไตน์ยังได้ขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง () ด้วยเหตุนี้ การใช้ทฤษฎีนิวตันกับหลุมดำจึงไม่มีความเกี่ยวข้องอีกต่อไป

สมการของไอน์สไตน์

อันเป็นผลมาจากการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับหลุมดำและการแก้สมการของไอน์สไตน์ พารามิเตอร์หลักของหลุมดำถูกเปิดเผย ซึ่งมีเพียงสาม: มวล ค่าไฟฟ้าและโมเมนตัมเชิงมุม ควรสังเกตว่าการสนับสนุนที่สำคัญของ Subramanyan Chandrasekhar นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอินเดียผู้สร้างเอกสารพื้นฐาน: "The Mathematical Theory of Black Holes"

ดังนั้นการแก้สมการของไอน์สไตน์จึงมีสี่ตัวเลือกสำหรับสี่ ประเภทที่เป็นไปได้หลุมดำ:

• หลุมดำที่ไม่มีการหมุนและไม่มีประจุคือวิธีแก้ปัญหาของ Schwarzschild หนึ่งในคำอธิบายแรกของหลุมดำ (1916) โดยใช้สมการของไอน์สไตน์ แต่ไม่ได้คำนึงถึงพารามิเตอร์สองในสามของร่างกาย วิธีแก้ปัญหาของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ช่วยให้คุณสามารถคำนวณสนามโน้มถ่วงภายนอกของวัตถุทรงกลมขนาดใหญ่ คุณลักษณะของแนวคิดเรื่องหลุมดำของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคือการมีอยู่ของขอบฟ้าเหตุการณ์และขอบฟ้าที่อยู่เบื้องหลัง ชวาร์ซชิลด์ยังคำนวณรัศมีความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกซึ่งได้รับชื่อของเขาซึ่งกำหนดรัศมีของทรงกลมที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะตั้งอยู่สำหรับวัตถุที่มีมวลที่กำหนด
• หลุมดำที่ไม่มีการหมุนซึ่งมีประจุคือสารละลาย Reisner-Nordström วิธีแก้ปัญหาที่เสนอในปี 2459-2461 โดยคำนึงถึงประจุไฟฟ้าที่เป็นไปได้ของหลุมดำ ประจุนี้ไม่สามารถมีขนาดใหญ่ตามอำเภอใจได้และถูกจำกัดเนื่องจากการผลักไฟฟ้าที่เกิดขึ้น หลังจะต้องได้รับการชดเชยด้วยแรงดึงดูด
• หลุมดำที่มีการหมุนและไม่มีประจุ - วิธีแก้ปัญหาของเคอร์ (1963) หลุมดำเคอร์ที่หมุนอยู่นั้นแตกต่างจากหลุมคงที่โดยการปรากฏตัวของสิ่งที่เรียกว่าเออร์โกสเฟียร์ (อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งนี้และส่วนประกอบอื่นๆ ของหลุมดำ)
• BH พร้อมการหมุนและการชาร์จ - โซลูชัน Kerr-Newman โซลูชันนี้คำนวณในปี 2508 และต่อไป ช่วงเวลานี้สมบูรณ์ที่สุด เนื่องจากพิจารณาพารามิเตอร์ BH ทั้งสามพารามิเตอร์ อย่างไรก็ตาม ยังคงสันนิษฐานว่าหลุมดำในธรรมชาติมีประจุเพียงเล็กน้อย

การก่อตัวของหลุมดำ

มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำและการเกิดหลุมดำ ทฤษฎีที่โด่งดังที่สุดคือการเกิดขึ้นของดาวฤกษ์ที่มีมวลเพียงพออันเป็นผลมาจากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง การกดทับดังกล่าวสามารถยุติการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าสามเท่ามวลดวงอาทิตย์ ที่ปลายเทอร์โม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายในดาวฤกษ์ดังกล่าว พวกมันเริ่มหดตัวอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นดาวที่มีความหนาแน่นสูง หากความดันของก๊าซของดาวนิวตรอนไม่สามารถชดเชยแรงโน้มถ่วงได้ นั่นคือ มวลของดาวฤกษ์จะเอาชนะสิ่งที่เรียกว่า ขีดจำกัดออพเพนไฮเมอร์-วอลคอฟ จากนั้นการยุบยังคงดำเนินต่อไป ทำให้สสารหดตัวเป็นหลุมดำ

สถานการณ์ที่สองที่อธิบายการกำเนิดของหลุมดำคือการกดทับของก๊าซโปรโตกาแล็กซี่ นั่นคือ ก๊าซระหว่างดาวซึ่งอยู่ในขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงเป็นดาราจักรหรือกระจุกบางประเภท ในกรณีของแรงดันภายในไม่เพียงพอที่จะชดเชยแรงโน้มถ่วงเดียวกัน หลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้

อีกสองสถานการณ์ยังคงเป็นสมมุติฐาน:

• อันเป็นผลให้เกิดหลุมดำขึ้น-ที่เรียกว่า หลุมดำดึกดำบรรพ์
• เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีพลังงานสูง ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการทดลองกับเครื่องชนกัน

โครงสร้างและฟิสิกส์ของหลุมดำ

โครงสร้างของหลุมดำตาม Schwarzschild มีเพียงสององค์ประกอบที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้: ภาวะเอกฐานและขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ เมื่อพูดสั้น ๆ เกี่ยวกับภาวะเอกฐาน สังเกตได้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลากเส้นตรงผ่านมัน และทฤษฎีทางกายภาพส่วนใหญ่ที่มีอยู่จะไม่ทำงานในนั้น ดังนั้น ฟิสิกส์ของภาวะเอกฐานยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน ของหลุมดำเป็นขอบเขตที่แน่นอน การข้ามซึ่งวัตถุทางกายภาพสูญเสียความสามารถในการย้อนกลับเกินขอบเขตและ "ตก" เข้าสู่ภาวะเอกฐานของหลุมดำอย่างไม่น่าสงสัย

โครงสร้างของหลุมดำค่อนข้างซับซ้อนกว่าในกรณีของสารละลายเคอร์ กล่าวคือ เมื่อมีการหมุน BH วิธีการแก้ปัญหาของ Kerr บอกเป็นนัยว่ารูนั้นมีรูปทรงเออร์โกสเฟียร์ เออร์โกสเฟียร์ - พื้นที่บางส่วนที่อยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งภายในซึ่งวัตถุทั้งหมดเคลื่อนที่ไปในทิศทางของการหมุนของหลุมดำ บริเวณนี้ยังไม่น่าตื่นเต้นและสามารถปล่อยทิ้งไว้ได้ไม่เหมือนกับขอบฟ้าเหตุการณ์ เออร์โกสเฟียร์น่าจะเป็นแอนะล็อกชนิดหนึ่งของดิสก์เพิ่มกำลัง ซึ่งแสดงถึงสารที่หมุนรอบตัววัตถุขนาดใหญ่ หากหลุมดำ Schwarzschild คงที่แสดงเป็นทรงกลมสีดำดังนั้นหลุมดำ Kerry เนื่องจากการมีอยู่ของเออร์โกสเฟียร์จึงมีรูปร่างของทรงรีรูปไข่ซึ่งเรามักจะเห็นหลุมดำในภาพวาดในสมัยโบราณ ภาพยนตร์หรือวิดีโอเกม

• หลุมดำมีน้ำหนักเท่าไหร่? – ข้อมูลทางทฤษฎีที่ใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับการปรากฏตัวของหลุมดำนั้นมีให้สำหรับสถานการณ์ของการปรากฎตัวของมันที่เป็นผลมาจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ ในกรณีนี้ มวลสูงสุดของดาวนิวตรอนและมวลต่ำสุดของหลุมดำถูกกำหนดโดยขีดจำกัดของออพเพนไฮเมอร์ - โวลคอฟ ซึ่งขีดจำกัดล่างของมวล BH คือ 2.5 - 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมดำที่หนักที่สุดที่เคยค้นพบ (ในกาแลคซี NGC 4889) มีมวล 21 พันล้านเท่าดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับหลุมดำ ซึ่งคาดว่าเป็นผลจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีพลังงานสูง เช่น หลุมดำที่ชนกัน มวลของหลุมดำควอนตัมดังกล่าว หรืออีกนัยหนึ่งคือ "หลุมดำพลังค์" มีลำดับเท่ากับ 2 10 −5 กรัม
• ขนาดหลุมดำ รัศมี BH ต่ำสุดสามารถคำนวณได้จากมวลต่ำสุด (2.5 – 3 มวลดวงอาทิตย์) หากรัศมีความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ นั่นคือ พื้นที่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะอยู่ที่ประมาณ 2.95 กม. ดังนั้นรัศมีต่ำสุดของ BH ที่มีมวล 3 เท่าของดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ประมาณเก้ากิโลเมตร ขนาดที่ค่อนข้างเล็กเช่นนี้ไม่พอดีกับศีรษะเมื่อพูดถึงวัตถุขนาดใหญ่ที่ดึงดูดทุกสิ่งรอบตัว อย่างไรก็ตาม สำหรับหลุมดำควอนตัม รัศมีคือ -10 −35 ม.
• ความหนาแน่นเฉลี่ยของหลุมดำขึ้นอยู่กับสองพารามิเตอร์: มวลและรัศมี ความหนาแน่นของหลุมดำที่มีมวลประมาณสามมวลดวงอาทิตย์คือประมาณ 6 10 26 กก./ลบ.ม. ในขณะที่ความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ 1,000 กก./ลบ.ม. อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังไม่พบหลุมดำขนาดเล็กดังกล่าว BHs ที่ตรวจพบส่วนใหญ่มีมวลมากกว่า 105 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มีรูปแบบที่น่าสนใจว่ายิ่งหลุมดำมีมวลมากเท่าใดความหนาแน่นของหลุมดำก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงมวลด้วยขนาด 11 ประการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่น 22 ลำดับของขนาด ดังนั้น หลุมดำที่มีมวล 1 ·10 9 เท่าของมวลดวงอาทิตย์จึงมีความหนาแน่น 18.5 กก./ลบ.ม. ซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของทองคำหนึ่งก้อน และหลุมดำที่มีมวลมากกว่า 10 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์สามารถมีความหนาแน่นเฉลี่ยน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศ จากการคำนวณเหล่านี้ มีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าการก่อตัวของหลุมดำไม่ได้เกิดจากการอัดตัวของสสาร แต่เป็นผลมาจากการสะสมของสสารจำนวนมากในปริมาตรหนึ่ง ในกรณีของหลุมดำควอนตัม ความหนาแน่นของหลุมดำอาจอยู่ที่ประมาณ 10 94 กก./ลบ.ม.
• อุณหภูมิของหลุมดำก็แปรผกผันกับมวลของมันเช่นกัน อุณหภูมินี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับ สเปกตรัมของรังสีนี้เกิดขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมของวัตถุสีดำสนิท นั่นคือ วัตถุที่ดูดซับรังสีที่ตกกระทบทั้งหมด สเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุสีดำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น จากนั้นอุณหภูมิของหลุมดำสามารถหาได้จากสเปกตรัมรังสีของฮอว์คิง ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น การแผ่รังสีนี้ยิ่งมีอานุภาพมาก ยิ่งหลุมดำมีขนาดเล็กลงเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน รังสีของฮอว์คิงยังคงเป็นสมมุติฐาน เนื่องจากนักดาราศาสตร์ยังไม่ได้สังเกตรังสีนี้ จากนี้ไปว่าหากมีรังสีของ Hawking อุณหภูมิของ BH ที่สังเกตได้จะต่ำมากจนไม่สามารถตรวจจับรังสีที่ระบุได้ จากการคำนวณ แม้แต่อุณหภูมิของหลุมที่มีมวลตามลำดับมวลของดวงอาทิตย์ก็ยังเล็กอยู่เล็กน้อย (1 10 -7 K หรือ -272°C) อุณหภูมิของหลุมดำควอนตัมสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 10 12 K และการระเหยอย่างรวดเร็วของพวกมัน (ประมาณ 1.5 นาที) BH ดังกล่าวสามารถปล่อยพลังงานออกมาได้มากถึงสิบล้าน ระเบิดปรมาณู. แต่โชคดีที่การสร้างวัตถุสมมุติดังกล่าวจะต้องใช้พลังงานมากกว่าที่ทำได้ใน Large Hadron Collider ถึง 10 14 เท่า นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ไม่เคยสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าว

CHD ทำมาจากอะไร?

อีกคำถามหนึ่งทำให้ทั้งนักวิทยาศาสตร์และผู้ที่ชื่นชอบฟิสิกส์ดาราศาสตร์กังวล - หลุมดำประกอบด้วยอะไร? ไม่มีคำตอบเดียวสำหรับคำถามนี้ เนื่องจากไม่สามารถมองข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ที่อยู่รอบหลุมดำได้ นอกจากนี้ ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แบบจำลองเชิงทฤษฎีของหลุมดำมีองค์ประกอบเพียง 3 อย่างเท่านั้น ได้แก่ เออร์โกสเฟียร์ ขอบฟ้าเหตุการณ์ และภาวะภาวะเอกฐาน มีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าในเออร์โกสเฟียร์มีเพียงวัตถุที่ถูกดึงดูดโดยหลุมดำเท่านั้นและตอนนี้โคจรรอบมัน - วัตถุจักรวาลและก๊าซจักรวาลชนิดต่าง ๆ ขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นเพียงเส้นขอบบางๆ โดยนัย เมื่อเกินนั้น วัตถุจักรวาลเดียวกันจะถูกดึงดูดไปยังองค์ประกอบหลักสุดท้ายของหลุมดำอย่างไม่อาจเพิกถอนได้ นั่นคือภาวะภาวะเอกฐาน ทุกวันนี้ยังไม่มีการศึกษาธรรมชาติของภาวะเอกฐาน และยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงองค์ประกอบของมัน

ตามสมมติฐานบางประการ หลุมดำอาจประกอบด้วยนิวตรอน หากเราติดตามสถานการณ์ของการเกิดขึ้นของหลุมดำอันเป็นผลมาจากการกดทับของดาวฤกษ์กับดาวนิวตรอนด้วยการกดทับที่ตามมา เป็นไปได้ว่าส่วนหลักของหลุมดำประกอบด้วยนิวตรอน ซึ่งดาวนิวตรอน ตัวเองประกอบด้วย พูดง่ายๆ: เมื่อดาวฤกษ์ยุบตัว อะตอมของมันถูกบีบอัดในลักษณะที่อิเล็กตรอนรวมกับโปรตอน จึงเกิดเป็นนิวตรอน ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นจริงในธรรมชาติ ด้วยการก่อตัวของนิวตรอน การปล่อยนิวตริโนจึงเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงการคาดเดาเท่านั้น

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณตกลงไปในหลุมดำ?

การตกลงไปในหลุมดำทางดาราศาสตร์นำไปสู่การยืดตัวของร่างกาย พิจารณานักบินอวกาศที่ฆ่าตัวตายตามสมมุติฐานที่มุ่งหน้าสู่หลุมดำโดยไม่สวมอะไรเลยนอกจากชุดอวกาศ ให้เท้าก่อน เมื่อข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไปแล้ว นักบินอวกาศจะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงใดๆ แม้ว่าจะไม่มีโอกาสได้กลับมาแล้วก็ตาม ในบางจุด นักบินอวกาศจะไปถึงจุด (ด้านหลังขอบฟ้าเหตุการณ์เล็กน้อย) ซึ่งจะเริ่มเกิดการเสียรูปของร่างกาย เนื่องจากสนามโน้มถ่วงของหลุมดำไม่เท่ากันและถูกแทนด้วยแรงไล่ระดับที่เพิ่มขึ้นไปยังจุดศูนย์กลาง ขาของนักบินอวกาศจะต้องได้รับผลจากแรงโน้มถ่วงที่มากกว่าอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น ส่วนหัว จากนั้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงหรือแรงคลื่น ขาจะ "ตกลง" เร็วขึ้น ดังนั้นร่างกายจึงเริ่มค่อยๆยืดออก เพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ใช้คำศัพท์ที่ค่อนข้างสร้างสรรค์ นั่นคือ การทำให้เป็นสปาเก็ตตี้ การยืดร่างกายออกไปอีกอาจจะสลายเป็นอะตอม ซึ่งไม่ช้าก็เร็วก็จะถึงภาวะเอกฐาน เราสามารถเดาได้ว่าบุคคลจะรู้สึกอย่างไรในสถานการณ์นี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าผลของการยืดร่างกายนั้นแปรผกผันกับมวลของหลุมดำ กล่าวคือ หาก BH ที่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์สามดวงยืด/แตกตัวในทันที หลุมดำมวลมหาศาลจะมีแรงไทดัลต่ำกว่า และมีข้อเสนอแนะว่าวัสดุทางกายภาพบางชนิดสามารถ "ทนต่อ" การเสียรูปดังกล่าวได้โดยไม่สูญเสียโครงสร้าง

ดังที่คุณทราบ เวลาเคลื่อนที่ช้ากว่าใกล้กับวัตถุขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าเวลาสำหรับนักบินอวกาศที่ฆ่าตัวตายจะไหลช้ากว่ามนุษย์โลกมาก ในกรณีนั้น บางทีเขาอาจจะอายุยืนไม่เพียงแค่เพื่อนของเขาเท่านั้น แต่รวมถึงโลกด้วย จะต้องคำนวณเพื่อกำหนดว่านักบินอวกาศจะช้าลงนานแค่ไหน อย่างไรก็ตาม จากข้างบนนี้ สันนิษฐานได้ว่านักบินอวกาศจะตกลงไปในหลุมดำอย่างช้าๆ และอาจจะไม่รอดให้เห็นช่วงเวลาที่ร่างกายของเขาเริ่มต้นขึ้น ทำให้เสียรูป

เป็นที่น่าสังเกตว่าสำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก วัตถุทั้งหมดที่บินขึ้นไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์จะยังคงอยู่ที่ขอบขอบฟ้านี้จนกว่าภาพจะหายไป สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือการเปลี่ยนทิศทางความโน้มถ่วง ทำให้เข้าใจง่ายขึ้นบ้าง เราสามารถพูดได้ว่าแสงที่ตกลงมาบนร่างของนักบินอวกาศที่ฆ่าตัวตาย "หยุดนิ่ง" ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะเปลี่ยนความถี่ของมันเนื่องจากเวลาที่ช้าลง เมื่อเวลาผ่านไปช้าลง ความถี่ของแสงจะลดลงและความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้น อันเป็นผลมาจากปรากฏการณ์นี้ ที่เอาต์พุต นั่นคือ สำหรับผู้สังเกตภายนอก แสงจะค่อยๆ เลื่อนไปทางความถี่ต่ำ - สีแดง การเปลี่ยนแสงไปตามสเปกตรัมจะเกิดขึ้น ในขณะที่นักบินอวกาศที่ฆ่าตัวตายเคลื่อนตัวออกห่างจากผู้สังเกตมากขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าจะแทบจะมองไม่เห็นก็ตาม และเวลาของเขาก็ค่อยๆ ไหลมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นแสงที่สะท้อนจากร่างกายของเขาจะไปไกลกว่าสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในไม่ช้า (ภาพจะหายไป) และในอนาคตร่างกายของนักบินอวกาศสามารถจับได้เฉพาะในบริเวณอินฟราเรดเท่านั้นในภายหลังในความถี่วิทยุและด้วยเหตุนี้ รังสีจะเข้าใจยากอย่างสมบูรณ์

แม้จะมีสิ่งที่เขียนไว้ข้างต้น แต่สันนิษฐานว่าในหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลมหาศาลมาก แรงไทดัลไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนักตามระยะทาง และกระทำการเกือบเท่ากันกับวัตถุที่ตกลงมา ในกรณีนี้การล้ม ยานอวกาศจะคงไว้ซึ่งโครงสร้างของมัน มีคำถามที่สมเหตุสมผลเกิดขึ้น - หลุมดำนำไปสู่ที่ไหน? คำถามนี้สามารถตอบได้โดยนักวิทยาศาสตร์บางคน เชื่อมโยงปรากฏการณ์สองอย่างเช่นรูหนอนและหลุมดำเข้าด้วยกัน

ย้อนกลับไปในปี 1935 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ และนาธาน โรเซน ได้หยิบยกสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่ารูหนอน เชื่อมจุดสองจุดของกาลอวกาศ-เวลาเข้าด้วยกันในสถานที่ที่มีความโค้งที่สำคัญของส่วนหลัง - สะพานไอน์สไตน์-โรเซน หรือรูหนอน สำหรับความโค้งของอวกาศที่ทรงพลังนั้นจำเป็นต้องมีวัตถุที่มีมวลมหาศาลโดยมีบทบาทที่หลุมดำจะรับมือได้อย่างสมบูรณ์แบบ

สะพานไอน์สไตน์-โรเซนถือเป็นรูหนอนที่ผ่านเข้าไปไม่ได้ เนื่องจากมีขนาดเล็กและไม่เสถียร

หลุมหนอนที่เคลื่อนที่ได้นั้นเป็นไปได้ภายในทฤษฎีของหลุมดำและขาว โดยที่หลุมขาวคือข้อมูลส่งออกที่ตกลงไปในหลุมดำ หลุมขาวอธิบายไว้ในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่วันนี้ยังคงเป็นสมมุติฐานและยังไม่มีการค้นพบ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Kip Thorne และ Mike Morris นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขาเสนอแบบจำลองรูหนอนอีกรูปแบบหนึ่งซึ่งผ่านได้ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับในกรณีของรูหนอนมอร์ริส-ธอร์น เช่นเดียวกับในกรณีของหลุมดำและขาว ความเป็นไปได้ของการเดินทางจำเป็นต้องมีสิ่งที่เรียกว่าสสารแปลกใหม่ซึ่งมีพลังงานเชิงลบและยังคงเป็นสมมุติฐาน

หลุมดำในจักรวาล

การมีอยู่ของหลุมดำได้รับการยืนยันเมื่อไม่นานนี้ (กันยายน 2015) แต่ก่อนหน้านั้น มีเนื้อหาทางทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำอยู่แล้ว เช่นเดียวกับวัตถุอื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้สำหรับบทบาทของหลุมดำ ประการแรก เราควรคำนึงถึงมิติของหลุมดำด้วย เนื่องจากธรรมชาติของปรากฏการณ์นั้นขึ้นอยู่กับพวกมัน:

• หลุมดำมวลดาว. วัตถุดังกล่าวเกิดขึ้นจากการล่มสลายของดาวฤกษ์ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มวลขั้นต่ำของวัตถุที่สามารถสร้างหลุมดำดังกล่าวได้คือ 2.5 - 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
• หลุมดำ น้ำหนักปานกลาง . เงื่อนไข ประเภทกลางหลุมดำที่ขยายใหญ่ขึ้นโดยการดูดกลืนวัตถุใกล้เคียง เช่น ก๊าซที่สะสม ดาวข้างเคียง (ในระบบดาวสองดวง) และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ
• หลุมดำมวลมหาศาล. วัตถุขนาดกะทัดรัดที่มีมวล 10 5 -10 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ คุณสมบัติโดดเด่น BHs ดังกล่าวมีความหนาแน่นต่ำที่ขัดแย้งกัน เช่นเดียวกับพลังน้ำขึ้นน้ำลงที่อ่อนแอ ซึ่งถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ มันคือหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกของเรา (ราศีธนู A*, Sgr A*) เช่นเดียวกับดาราจักรอื่นๆ ส่วนใหญ่

ผู้สมัคร CHD

หลุมดำที่ใกล้ที่สุด หรือมากกว่าผู้สมัครสำหรับบทบาทของหลุมดำคือวัตถุ (V616 Unicorn) ซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 3,000 ปีแสง (ในดาราจักรของเรา) ประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ดาวฤกษ์ที่มีมวลครึ่งหนึ่งของมวลดวงอาทิตย์และวัตถุขนาดเล็กที่มองไม่เห็นซึ่งมีมวล 3-5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หากวัตถุนี้กลายเป็นหลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลดาวฤกษ์ ทางด้านขวาจะเป็นหลุมดำที่ใกล้ที่สุด

ถัดจากวัตถุนี้ หลุมดำที่ใกล้ที่สุดอันดับสองคือ Cyg X-1 (Cyg X-1) ซึ่งเป็นตัวเลือกแรกสำหรับบทบาทของหลุมดำ ระยะทางไปประมาณ 6070 ปีแสง การศึกษาค่อนข้างดี: มีมวล 14.8 มวลดวงอาทิตย์และรัศมีขอบฟ้าเหตุการณ์ประมาณ 26 กม.

แหล่งอ้างอิงจากแหล่งข่าวระบุว่า ผู้สมัครที่ใกล้เคียงที่สุดในบทบาทของหลุมดำอาจเป็นวัตถุในระบบดาว V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) ซึ่งตามการประมาณการในปี 2542 อยู่ห่างออกไป 1,600 ปีแสง อย่างไรก็ตาม การศึกษาในภายหลังได้เพิ่มระยะห่างนี้อย่างน้อย 15 เท่า

ดาราจักรของเรามีหลุมดำกี่หลุม?

ไม่มีคำตอบที่แน่นอนสำหรับคำถามนี้ เนื่องจากการสังเกตพวกมันค่อนข้างยาก และในระหว่างการศึกษาท้องฟ้าทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับหลุมดำประมาณโหลภายในทางช้างเผือกได้ เราสังเกตว่าในกาแลคซีของเรามีดาวฤกษ์ประมาณ 100 - 400 พันล้านดวง และดาวฤกษ์ทุกๆ พันดวงมีมวลมากพอที่จะก่อตัวเป็นหลุมดำ มีความเป็นไปได้ที่หลุมดำหลายล้านจะก่อตัวขึ้นในระหว่างการดำรงอยู่ของทางช้างเผือก เนื่องจากง่ายต่อการลงทะเบียนหลุมดำขนาดใหญ่ จึงมีเหตุผลที่จะถือว่า BH ส่วนใหญ่ในดาราจักรของเราไม่มีมวลมหาศาล เป็นที่น่าสังเกตว่าการวิจัยของ NASA ในปี 2548 ชี้ให้เห็นว่ามีหลุมดำจำนวนหนึ่ง (10-20,000) ที่โคจรรอบใจกลางกาแลคซี นอกจากนี้ ในปี 2559 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบดาวเทียมขนาดใหญ่ใกล้กับวัตถุ * ซึ่งเป็นหลุมดำซึ่งเป็นแกนกลางของทางช้างเผือก เนื่องจากวัตถุนี้มีรัศมีขนาดเล็ก (0.15 ปีแสง) รวมทั้งมวลมหาศาล (มวลดวงอาทิตย์ 100, 000 เท่า) นักวิทยาศาสตร์จึงแนะนำว่าวัตถุนี้ยังเป็นหลุมดำมวลมหาศาลอีกด้วย

แก่นของดาราจักรของเรา หลุมดำของทางช้างเผือก (ราศีธนู A *, Sgr A * หรือราศีธนู A *) มีมวลมหาศาลและมีมวล 4.31 10 6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และรัศมี 0.00071 ปีแสง (6.25 ชั่วโมงแสง หรือ 6.75 พันล้านกม.) อุณหภูมิของราศีธนู A* ร่วมกับกระจุกรอบๆ ประมาณ 1 10 7 K.

หลุมดำที่ใหญ่ที่สุด

หลุมดำที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับได้คือหลุมดำมวลมหาศาล นั่นคือ FSRQ blazar ที่ใจกลางกาแลคซี S5 0014+81 ที่ระยะห่าง 1.2·10 10 ปีแสงจากโลก จากผลการสังเกตเบื้องต้นโดยใช้หอดูดาวสวิฟท์สเปซ มวลของหลุมดำมีมวล 40 พันล้าน (40 10 9) เท่าดวงอาทิตย์ และรัศมีชวาร์ซชิลด์ของหลุมดังกล่าวอยู่ที่ 118.35 พันล้านกิโลเมตร (0.013 ปีแสง) นอกจากนี้ ตามการคำนวณ เกิดขึ้นเมื่อ 12.1 พันล้านปีก่อน (1.6 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง) หากหลุมดำขนาดยักษ์นี้ไม่ดูดซับสิ่งรอบข้าง มันก็จะมีชีวิตอยู่เพื่อเห็นยุคของหลุมดำ ซึ่งเป็นหนึ่งในยุคแห่งการพัฒนาของจักรวาล ในระหว่างที่หลุมดำจะครอบงำอยู่ในนั้น หากแกนกลางของกาแล็กซี S5 0014+81 เติบโตต่อไป ก็จะกลายเป็นหลุมดำสุดท้ายที่จะมีอยู่ในจักรวาล

หลุมดำอีก 2 แห่งที่รู้จักกันแม้ว่าจะไม่มีชื่อก็มี มูลค่าสูงสุดสำหรับการศึกษาหลุมดำเนื่องจากยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำโดยการทดลองและยังให้ผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับการศึกษาแรงโน้มถ่วง เรากำลังพูดถึงเหตุการณ์ GW150914 ซึ่งเรียกว่าการชนกันของหลุมดำสองหลุมให้เป็นหนึ่งเดียว เหตุการณ์นี้อนุญาตให้ลงทะเบียน

การตรวจจับหลุมดำ

ก่อนจะพิจารณาวิธีการตรวจหาหลุมดำ เราควรตอบคำถามก่อนว่า ทำไมหลุมดำถึงเป็นสีดำ? - คำตอบไม่ต้องการความรู้เชิงลึกในด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยา ความจริงก็คือหลุมดำดูดซับรังสีทั้งหมดที่ตกลงมาและไม่แผ่รังสีเลยถ้าคุณไม่คำนึงถึงสมมติฐาน หากเราพิจารณาปรากฏการณ์นี้อย่างละเอียดมากขึ้น เราสามารถสรุปได้ว่าไม่มีกระบวนการใดในหลุมดำที่นำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ถ้าหลุมดำแผ่รังสี แสดงว่าอยู่ในสเปกตรัมของฮอว์คิง (ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมของวัตถุที่ร้อนและเป็นสีดำสนิท) อย่างไรก็ตาม ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การแผ่รังสีนี้ไม่ถูกตรวจพบ ซึ่งบ่งชี้ว่าหลุมดำมีอุณหภูมิต่ำโดยสิ้นเชิง

ทฤษฎีที่ยอมรับกันทั่วไปอีกทฤษฎีหนึ่งกล่าวว่าการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้เลย เป็นไปได้มากว่าโฟตอน (อนุภาคของแสง) จะไม่ดึงดูดวัตถุขนาดใหญ่เนื่องจากตามทฤษฎีแล้วพวกมันไม่มีมวล อย่างไรก็ตาม หลุมดำยังคง "ดึงดูด" โฟตอนของแสงผ่านการบิดเบือนของกาลอวกาศ หากเรานึกภาพหลุมดำในอวกาศว่าเป็นความหดหู่ใจบนพื้นผิวเรียบของกาลอวกาศแล้วระยะหนึ่งจากจุดศูนย์กลางของหลุมดำเข้าใกล้ซึ่งแสงจะไม่สามารถเคลื่อนออกจากมันได้อีกต่อไป . กล่าวคือแสงเริ่ม "ตก" ลงใน "หลุม" ซึ่งไม่มีแม้แต่ "ก้น"

นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วงสีแดง อาจเป็นไปได้ว่าแสงในหลุมดำสูญเสียความถี่ไป โดยเคลื่อนไปตามสเปกตรัมไปยังบริเวณที่มีการแผ่รังสีคลื่นยาวความถี่ต่ำ จนกระทั่งสูญเสียพลังงานไปโดยสิ้นเชิง

ดังนั้น หลุมดำจึงเป็นสีดำ จึงยากต่อการตรวจจับในอวกาศ

วิธีการตรวจจับ

พิจารณาวิธีการที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการตรวจจับหลุมดำ:

นอกจากวิธีการที่กล่าวข้างต้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์มักจะเชื่อมโยงวัตถุต่างๆ เช่น หลุมดำและ ควาซาร์เป็นกลุ่มวัตถุและก๊าซในจักรวาลบางส่วน ซึ่งเป็นหนึ่งในวัตถุทางดาราศาสตร์ที่สว่างที่สุดในจักรวาล เนื่องจากพวกมันมีความเข้มของการเรืองแสงสูงในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก จึงมีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าจุดศูนย์กลางของวัตถุเหล่านี้เป็นหลุมดำมวลมหาศาล ซึ่งดึงดูดสสารโดยรอบมาที่ตัวมันเอง เนื่องจากแรงดึงดูดอันทรงพลังดังกล่าว สสารที่ถูกดึงดูดจึงมีความร้อนมากจนแผ่รังสีออกมาอย่างเข้มข้น การตรวจจับวัตถุดังกล่าวมักจะถูกนำมาเปรียบเทียบกับการตรวจจับหลุมดำ บางครั้งควาซาร์สามารถปล่อยไอพ่นของพลาสมาร้อนในสองทิศทาง - เจ็ตเชิงสัมพันธ์ สาเหตุของการเกิดขึ้นของไอพ่นดังกล่าว (เจ็ต) นั้นไม่ชัดเจนนัก แต่อาจเกิดจากการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กของ BH และจานเพิ่มมวล และไม่ได้ถูกปล่อยออกมาจากหลุมดำโดยตรง

เครื่องบินเจ็ตในดาราจักร M87 พุ่งชนใจกลางหลุมดำ

เมื่อสรุปจากข้างต้นแล้ว เราสามารถจินตนาการได้ในระยะใกล้ มันคือวัตถุสีดำทรงกลม ซึ่งวัตถุที่มีความร้อนสูงหมุนไปรอบๆ

การรวมตัวและการชนกันของหลุมดำ

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดอย่างหนึ่งในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์คือการชนกันของหลุมดำ ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับวัตถุทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่เช่นนี้ได้ กระบวนการดังกล่าวเป็นที่สนใจไม่เพียงแต่สำหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เท่านั้น เนื่องจากกระบวนการดังกล่าวส่งผลให้นักฟิสิกส์ศึกษาปรากฏการณ์ได้ไม่ดีนัก ตัวอย่างที่สดใสที่สุดเป็นเหตุการณ์ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้เรียกว่า GW150914 เมื่อหลุมดำสองหลุมเข้าใกล้มากจนเป็นผลมาจากแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน พวกมันจึงรวมเป็นหนึ่งเดียว ผลที่ตามมาที่สำคัญของการชนนี้คือการเกิดคลื่นความโน้มถ่วง

ตามคำจำกัดความของคลื่นความโน้มถ่วง สิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงที่แพร่กระจายในลักษณะคล้ายคลื่นจากวัตถุเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ เมื่อวัตถุสองชิ้นดังกล่าวเข้าใกล้กัน วัตถุเหล่านั้นจะเริ่มหมุนรอบจุดศูนย์ถ่วงร่วม เมื่อพวกเขาเข้าใกล้กัน การหมุนรอบแกนของพวกมันจะเพิ่มขึ้น การแกว่งไปมาของสนามโน้มถ่วงดังกล่าวในบางจุดสามารถก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงอันทรงพลังหนึ่งคลื่นที่สามารถแพร่กระจายในอวกาศเป็นเวลาหลายล้านปีแสง ดังนั้นที่ระยะทาง 1.3 พันล้านปีแสงจึงเกิดการชนกันของหลุมดำสองแห่งซึ่งก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงอันทรงพลังที่มาถึงโลกเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2558 และบันทึกโดยเครื่องตรวจจับ LIGO และ VIRGO

หลุมดำตายได้อย่างไร?

เห็นได้ชัดว่าการที่หลุมดำจะหยุดอยู่นั้น จะต้องสูญเสียมวลของมันไปทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ตามคำจำกัดความของเธอ ไม่มีอะไรสามารถออกจากหลุมดำได้หากมันข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไปแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต Vladimir Gribov กล่าวถึงความเป็นไปได้ของการปล่อยอนุภาคโดยหลุมดำในการสนทนากับ Yakov Zeldovich นักวิทยาศาสตร์โซเวียตอีกคนหนึ่ง เขาแย้งว่าจากมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัม หลุมดำสามารถเปล่งอนุภาคผ่านเอฟเฟกต์อุโมงค์ได้ ต่อมาด้วยความช่วยเหลือของกลศาสตร์ควอนตัม เขาได้สร้างทฤษฎีที่แตกต่างกันบ้าง ซึ่งก็คือ Stephen Hawking นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอังกฤษ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ ในระยะสั้นในสุญญากาศมีสิ่งที่เรียกว่าอนุภาคเสมือนซึ่งเกิดขึ้นเป็นคู่และทำลายล้างซึ่งกันและกันอย่างต่อเนื่องในขณะที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอก แต่ถ้าคู่ดังกล่าวเกิดขึ้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ แรงโน้มถ่วงอย่างแรงก็สามารถแยกพวกมันออกจากกันได้ โดยอนุภาคตัวหนึ่งตกลงไปในหลุมดำ และอีกตัวออกจากหลุมดำ และเนื่องจากอนุภาคที่หลุดออกจากรูสามารถสังเกตได้และมีพลังงานบวก อนุภาคที่ตกลงไปในรูจึงต้องมีพลังงานเชิงลบ ดังนั้นหลุมดำจะสูญเสียพลังงานและจะมีผลที่เรียกว่าการระเหยของหลุมดำ

ตามแบบจำลองที่มีอยู่ของหลุมดำ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เมื่อมวลของมันลดลง การแผ่รังสีของมันก็จะรุนแรงขึ้น จากนั้นในขั้นตอนสุดท้ายของการดำรงอยู่ของหลุมดำ เมื่ออาจลดขนาดลงจนมีขนาดเท่ากับหลุมดำควอนตัม ก็จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาในรูปของรังสี ซึ่งเทียบเท่ากับจำนวนนับพันหรือแม้กระทั่ง ระเบิดปรมาณูนับล้านลูก เหตุการณ์นี้ค่อนข้างชวนให้นึกถึงการระเบิดของหลุมดำ เหมือนกับระเบิดเดียวกัน จากการคำนวณพบว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์อาจเกิดขึ้นจากบิ๊กแบง และหลุมดำเหล่านี้ซึ่งมีมวลประมาณ 10 12 กก. น่าจะระเหยและระเบิดในช่วงเวลาของเรา อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ไม่เคยเห็นการระเบิดดังกล่าว

แม้จะมีกลไกที่ Hawking เสนอให้ทำลายหลุมดำ แต่คุณสมบัติของรังสี Hawking ทำให้เกิดความขัดแย้งในกรอบของกลศาสตร์ควอนตัม หากหลุมดำดูดซับร่างกายบางส่วนแล้วสูญเสียมวลที่เกิดจากการดูดซึมของร่างกายนี้ หลุมดำจะไม่แตกต่างจากที่เคยเป็นมาก่อนการดูดซึมของร่างกายโดยไม่คำนึงถึงธรรมชาติของร่างกาย ในกรณีนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับร่างกายจะสูญหายไปตลอดกาล จากมุมมองของการคำนวณทางทฤษฎี การแปลงสถานะบริสุทธิ์เริ่มต้นไปเป็นสถานะผสม ("ความร้อน") ที่เป็นผลลัพธ์ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีปัจจุบันของกลศาสตร์ควอนตัม ความขัดแย้งนี้บางครั้งเรียกว่าการหายตัวไปของข้อมูลในหลุมดำ ไม่เคยพบวิธีแก้ปัญหาที่แท้จริงสำหรับความขัดแย้งนี้ ตัวเลือกที่เป็นที่รู้จักสำหรับการแก้ความขัดแย้ง:

• ความไม่สอดคล้องของทฤษฎีของฮอว์คิง สิ่งนี้ทำให้เกิดความเป็นไปไม่ได้ในการทำลายหลุมดำและการเติบโตอย่างต่อเนื่อง
• การปรากฏตัวของหลุมสีขาว ในกรณีนี้ ข้อมูลที่ถูกดูดซับจะไม่หายไป แต่ถูกโยนออกไปในจักรวาลอื่น
• ความไม่สอดคล้องกันของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมที่ยอมรับกันโดยทั่วไป

ปัญหาฟิสิกส์หลุมดำที่ยังแก้ไม่ได้

พิจารณาจากทุกสิ่งที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ หลุมดำ แม้ว่าจะได้รับการศึกษามาเป็นเวลานาน แต่ก็ยังมีคุณสมบัติมากมายซึ่งกลไกเหล่านี้ยังไม่เป็นที่รู้จักของนักวิทยาศาสตร์

• ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้คิดค้นสิ่งที่เรียกว่า "หลักการของการเซ็นเซอร์จักรวาล" - "ธรรมชาติเกลียดชังความแปลกประหลาดที่เปลือยเปล่า" ซึ่งหมายความว่าภาวะเอกฐานเกิดขึ้นเฉพาะในสถานที่ที่มองไม่เห็นเท่านั้น เช่น จุดศูนย์กลางของหลุมดำ อย่างไรก็ตาม หลักการนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ นอกจากนี้ยังมีการคำนวณตามทฤษฎีซึ่งภาวะภาวะเอกฐาน "เปล่า" สามารถเกิดขึ้นได้
• "ทฤษฎีบทไม่มีขน" ซึ่งหลุมดำมีเพียงสามพารามิเตอร์ ยังไม่ได้รับการพิสูจน์เช่นกัน
• ทฤษฎีที่สมบูรณ์ของสนามแม่เหล็กของหลุมดำยังไม่ได้รับการพัฒนา
• ยังไม่ได้ศึกษาธรรมชาติและฟิสิกส์ของภาวะเอกฐานความโน้มถ่วง
• ไม่มีใครทราบแน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นในขั้นตอนสุดท้ายของการมีอยู่ของหลุมดำ และสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากการสลายของควอนตัม

เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับหลุมดำ

โดยสรุปข้างต้น เราสามารถเน้นหลายสิ่งที่น่าสนใจและ ลักษณะไม่ปกติธรรมชาติของหลุมดำ:

• หลุมดำมีเพียงสามพารามิเตอร์: มวล ประจุไฟฟ้า และโมเมนตัมเชิงมุม อันเป็นผลมาจากคุณลักษณะจำนวนเล็กน้อยของร่างกายนี้ ทฤษฎีบทที่ระบุว่าสิ่งนี้เรียกว่า "ทฤษฎีบทไม่มีขน" นี่คือที่มาของวลี "หลุมดำไม่มีขน" ซึ่งหมายความว่าหลุมดำสองหลุมมีความเหมือนกันทุกประการ พารามิเตอร์ทั้งสามที่กล่าวถึงนั้นเหมือนกัน
• ความหนาแน่นของหลุมดำอาจน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศ และอุณหภูมิก็ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าการก่อตัวของหลุมดำไม่ได้เกิดจากการอัดของสสาร แต่เป็นผลมาจากการสะสมของสสารจำนวนมากในปริมาตรหนึ่ง
• เวลาสำหรับวัตถุที่ถูกดูดกลืนโดยหลุมดำนั้นช้ากว่าผู้สังเกตการณ์ภายนอกมาก นอกจากนี้ วัตถุที่ถูกดูดกลืนยังถูกยืดออกอย่างมากภายในหลุมดำ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าสปาเก็ตตี้ฟิเคชัน
• อาจมีหลุมดำประมาณหนึ่งล้านในกาแลคซีของเรา
• น่าจะมีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางของดาราจักรทุกแห่ง
• ในอนาคตตามแบบจำลองทางทฤษฎี จักรวาลจะเข้าสู่ยุคที่เรียกว่าหลุมดำ ซึ่งหลุมดำจะกลายเป็นวัตถุหลักในจักรวาล

หลุมดำ สสารมืด สสารมืด... สิ่งเหล่านี้เป็นวัตถุที่แปลกประหลาดและลึกลับที่สุดในอวกาศอย่างไม่ต้องสงสัย คุณสมบัติที่แปลกประหลาดของพวกมันสามารถท้าทายกฎฟิสิกส์ในจักรวาลและแม้กระทั่งธรรมชาติของความเป็นจริงที่มีอยู่ เพื่อให้เข้าใจว่าหลุมดำคืออะไร นักวิทยาศาสตร์เสนอให้ "เปลี่ยนจุดสังเกต" เรียนรู้ที่จะคิดนอกกรอบ และใช้จินตนาการเล็กน้อย หลุมดำก่อตัวขึ้นจากแกนของดาวมวลมากพิเศษ ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าเป็นพื้นที่ที่มีมวลมหาศาลกระจุกตัวอยู่ในความว่างเปล่า และไม่มีสิ่งใด แม้แต่แสง ก็สามารถหนีจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงที่นั่นได้ นี่คือพื้นที่ที่ความเร็วของอวกาศที่สองเกินความเร็วของแสง: และยิ่งวัตถุเคลื่อนที่มีมวลมากเท่าไร มันก็จะยิ่งต้องเคลื่อนที่เร็วขึ้นเพื่อกำจัดแรงโน้มถ่วงของมัน นี้เรียกว่าความเร็วหนีที่สอง

สารานุกรม Collier เรียกหลุมดำว่าเป็นพื้นที่ในอวกาศที่เกิดจากการยุบตัวของสสารด้วยแรงโน้มถ่วงโดยสมบูรณ์ ซึ่งแรงดึงดูดโน้มถ่วงนั้นแรงมากจนไม่ว่าสสาร แสง หรือสื่อข้อมูลอื่นๆ จะทิ้งมันไว้ไม่ได้ ดังนั้นภายในของหลุมดำจึงไม่สัมพันธ์กับส่วนอื่นๆ ของจักรวาลอย่างเป็นเหตุ กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นภายในหลุมดำไม่สามารถส่งผลกระทบต่อกระบวนการภายนอกได้ หลุมดำล้อมรอบด้วยพื้นผิวที่มีคุณสมบัติของเมมเบรนทิศทางเดียว: สสารและการแผ่รังสีตกลงไปในหลุมดำอย่างอิสระ แต่ไม่มีอะไรสามารถหลบหนีจากหลุมดำได้ พื้นผิวนี้เรียกว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์"

ประวัติการค้นพบ

หลุมดำทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ไอน์สไตน์เสนอในปี 1915) และอื่นๆ มีมากกว่า ทฤษฎีสมัยใหม่ R. Oppenheimer และ H. Snyder ได้พิสูจน์ความโน้มถ่วงทางคณิตศาสตร์ในปี 1939 แต่คุณสมบัติของอวกาศและเวลาในบริเวณใกล้เคียงกับวัตถุเหล่านี้กลับกลายเป็นว่าไม่ปกติที่นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ไม่ได้จริงจังกับมันเป็นเวลา 25 ปี อย่างไรก็ตาม การค้นพบทางดาราศาสตร์ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 บังคับให้เรามองว่าหลุมดำเป็นความเป็นจริงทางกายภาพที่เป็นไปได้ การค้นพบและการสำรวจครั้งใหม่สามารถเปลี่ยนความเข้าใจของเราในเรื่องอวกาศและเวลา โดยพื้นฐานแล้วทำให้เรากระจ่างเกี่ยวกับความลึกลับของจักรวาลนับพันล้านครั้ง

การก่อตัวของหลุมดำ

ในขณะที่ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ พวกมันจะรักษาอุณหภูมิและความดันสูงไว้ ป้องกันไม่ให้ดาวยุบตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของมันเอง อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ก็หมดลง และดาวฤกษ์ก็เริ่มหดตัวลง การคำนวณแสดงให้เห็นว่าถ้ามวลของดาวฤกษ์ไม่เกินสามเท่ามวลดวงอาทิตย์ มันจะชนะ "การต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง": การยุบตัวของแรงโน้มถ่วงจะหยุดลงโดยแรงกดดันของสสาร "เสื่อมโทรม" และดาวจะกลายเป็น ดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอน แต่ถ้ามวลของดาวฤกษ์มีมากกว่าสามดวงอาทิตย์ ก็ไม่มีอะไรหยุดยั้งการล่มสลายอันหายนะของดาวฤกษ์นั้นได้ และดาวฤกษ์จะตกอยู่ใต้ขอบฟ้าเหตุการณ์อย่างรวดเร็วและกลายเป็นหลุมดำ

หลุมดำเป็นหลุมโดนัทหรือไม่?

สิ่งใดที่ไม่เปล่งแสงจะมองเห็นได้ยาก วิธีหนึ่งในการค้นหาหลุมดำคือการมองหาพื้นที่ใน ลานซึ่งมีมวลมากและตั้งอยู่ในที่มืด เมื่อค้นหาวัตถุประเภทนี้ นักดาราศาสตร์พบวัตถุดังกล่าวในสองพื้นที่หลัก: ที่ใจกลางดาราจักรและในระบบดาวคู่ในดาราจักรของเรา โดยรวมแล้วตามที่นักวิทยาศาสตร์แนะนำ มีวัตถุดังกล่าวหลายสิบล้านชิ้น

ในปัจจุบัน วิธีเดียวที่เชื่อถือได้ในการแยกแยะหลุมดำจากวัตถุประเภทอื่นคือการวัดมวลและขนาดของวัตถุและเปรียบเทียบรัศมีของหลุมดำกับ

ทุกคนที่คุ้นเคยกับดาราศาสตร์ไม่ช้าก็เร็วต้องพบกับความอยากรู้อยากเห็นอย่างมากเกี่ยวกับวัตถุลึกลับที่สุดในจักรวาล - หลุมดำ เหล่านี้คือเจ้าแห่งความมืดที่แท้จริง ซึ่งสามารถ "กลืน" อะตอมใดๆ ที่ผ่านไปใกล้ ๆ และไม่ยอมให้แม้แต่แสงเล็ดลอดออกมา - แรงดึงดูดของพวกมันนั้นทรงพลังมาก วัตถุเหล่านี้สร้างความท้าทายอย่างแท้จริงสำหรับนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ อดีตยังคงไม่เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับสสารที่ตกลงไปในหลุมดำและอย่างหลังแม้ว่าพวกเขาจะอธิบายปรากฏการณ์อวกาศที่ใช้พลังงานมากที่สุดโดยการดำรงอยู่ของหลุมดำ แต่ก็ไม่เคยมีโอกาสสังเกตใด ๆ เลย โดยตรง. เราจะพูดถึงวัตถุท้องฟ้าที่น่าสนใจที่สุดเหล่านี้ ค้นหาสิ่งที่ถูกค้นพบแล้วและสิ่งที่ยังไม่ทราบเพื่อปกปิดความลับ

หลุมดำคืออะไร?

ชื่อ "หลุมดำ" (ในภาษาอังกฤษ - หลุมดำ) เสนอในปี 1967 โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอเมริกัน John Archibald Wheeler (ดูรูปด้านซ้าย) มันทำหน้าที่กำหนดเทห์ฟากฟ้าซึ่งเป็นแรงดึงดูดที่แข็งแกร่งมากจนแม้แต่แสงก็ไม่ยอมปล่อย ดังนั้นจึง "ดำ" เพราะไม่ปล่อยแสง

การสังเกตทางอ้อม

นี่คือเหตุผลของความลึกลับดังกล่าว เนื่องจากหลุมดำไม่เรืองแสง เราจึงมองไม่เห็นพวกมันโดยตรงและถูกบังคับให้ค้นหาและศึกษาพวกมัน โดยใช้หลักฐานทางอ้อมเท่านั้นที่แสดงว่าการมีอยู่ของพวกมันออกจากพื้นที่โดยรอบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากหลุมดำดูดกลืนดาวฤกษ์ เราจะมองไม่เห็นหลุมดำ แต่เราสามารถสังเกตผลกระทบร้ายแรงของสนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของมันได้

สัญชาตญาณของลาปลาซ

แม้จะมีความจริงที่ว่าการแสดงออก "หลุมดำ" เพื่ออ้างถึงขั้นตอนสุดท้ายของสมมุติฐานของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่ยุบตัวลงเองภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงปรากฏขึ้นค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ความคิดของความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของวัตถุดังกล่าวก็เกิดขึ้น กว่าสองศตวรรษที่ผ่านมา John Michell ชาวอังกฤษและชาวฝรั่งเศส Pierre-Simon de Laplace ได้ตั้งสมมติฐานการมีอยู่ของ "ดาวที่มองไม่เห็น" อย่างอิสระ ในขณะที่พวกเขาอยู่บนพื้นฐานของกฎทั่วไปของพลวัตและกฎหมาย แรงโน้มถ่วงนิวตัน. วันนี้หลุมดำได้รับ คำอธิบายที่ถูกต้องตาม ทฤษฎีทั่วไปสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

ในงาน An Exposition of the System of the World (1796) Laplace เขียนว่า: Bright Starมีความหนาแน่นเท่ากับโลกซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ เนื่องจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงจะไม่ยอมให้แสงส่องมาถึงเรา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่วัตถุท้องฟ้าที่ใหญ่ที่สุดและสว่างที่สุดจะมองไม่เห็นด้วยเหตุนี้

แรงโน้มถ่วงอยู่ยงคงกระพัน

แนวคิดของลาปลาซมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดเรื่องความเร็วหลบหนี (ความเร็วจักรวาลที่สอง) หลุมดำเป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงจนแรงดึงดูดของมันสามารถกักแสงไว้ได้ ซึ่งพัฒนาความเร็วสูงสุดในธรรมชาติ (เกือบ 300,000 กม. / วินาที) ในทางปฏิบัติ เพื่อที่จะหนีจากหลุมดำ คุณต้องมีความเร็วที่เร็วกว่าความเร็วแสง แต่นี่เป็นไปไม่ได้!

ซึ่งหมายความว่าดาวประเภทนี้จะมองไม่เห็น เนื่องจากแม้แต่แสงก็ยังไม่สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังได้ ไอน์สไตน์อธิบายข้อเท็จจริงนี้ผ่านปรากฏการณ์การโก่งตัวของแสงภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วง ในความเป็นจริง ใกล้หลุมดำ กาลอวกาศนั้นโค้งมากจนเส้นทางของรังสีแสงก็เข้าใกล้ตัวมันเองเช่นกัน เพื่อที่จะเปลี่ยนดวงอาทิตย์ให้เป็นหลุมดำ เราจะต้องรวมมวลทั้งหมดของมันไว้ในลูกบอลที่มีรัศมี 3 กม. และโลกจะต้องกลายเป็นลูกบอลที่มีรัศมี 9 มม.!

ประเภทของหลุมดำ

ประมาณ 10 ปีที่แล้ว การสังเกตการณ์ชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของหลุมดำสองประเภท: ดาวฤกษ์ซึ่งมีมวลเทียบเท่ากับมวลของดวงอาทิตย์หรือสูงกว่าเล็กน้อย และมวลมหาศาลซึ่งมีมวลตั้งแต่หลายแสนถึงหลายล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานนี้ ภาพเอ็กซ์เรย์ความละเอียดสูงและสเปกตรัมที่ได้รับด้วย ดาวเทียมประดิษฐ์เช่น "จันทรา" และ "ห.ม.-นิวตัน" ได้นำหลุมดำประเภทที่สามมาไว้ข้างหน้า ซึ่งมีมวลขนาดเฉลี่ยมากกว่ามวลดวงอาทิตย์ถึงพันเท่า

หลุมดำที่เป็นตัวเอก

หลุมดำที่เป็นตัวเอกเป็นที่รู้จักเร็วกว่าที่อื่น ก่อตัวเมื่อดาวมวลสูงที่ปลายของมัน เส้นทางวิวัฒนาการเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หมดและยุบตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมันเอง การระเบิดที่ทำให้ดาวแตก (ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การระเบิดซุปเปอร์โนวา") มีผลกระทบร้ายแรง: หากแกนกลางของดาวมีมวลมากกว่ามวลดวงอาทิตย์มากกว่า 10 เท่า ไม่ แรงนิวเคลียร์ไม่สามารถต้านทานการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงที่จะส่งผลให้เกิดหลุมดำได้

หลุมดำมวลมหาศาล

หลุมดำมวลยวดยิ่งซึ่งพบครั้งแรกในนิวเคลียสของกาแลคซี่ที่ทำงานอยู่บางแห่ง มีต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน มีข้อสันนิษฐานหลายประการเกี่ยวกับการกำเนิดของพวกมัน: หลุมดำของดาวฤกษ์ที่กลืนกินดาวทั้งหมดที่อยู่รายรอบเป็นเวลาหลายล้านปี การรวมกลุ่มของหลุมดำ; เมฆก๊าซขนาดมหึมาที่ยุบตัวลงสู่หลุมดำโดยตรง หลุมดำเหล่านี้เป็นหนึ่งในวัตถุที่มีพลังมากที่สุดในอวกาศ พวกมันอยู่ในใจกลางของกาแล็กซีจำนวนมาก ถ้าไม่ใช่ทั้งหมด กาแล็กซี่ของเราก็มีหลุมดำเช่นกัน บางครั้งเนื่องจากการมีอยู่ของหลุมดำดังกล่าว แกนกลางของดาราจักรเหล่านี้จึงสว่างมาก กาแล็กซีที่มีหลุมดำอยู่ตรงกลาง ล้อมรอบด้วยสสารที่ตกลงมาจำนวนมาก ดังนั้น สามารถผลิตพลังงานได้จำนวนมหาศาล จึงเรียกว่า "แอคทีฟ" และนิวเคลียสของของพวกมันถูกเรียกว่า "นิวเคลียสของดาราจักรแอ็คทีฟ" (AGN) ตัวอย่างเช่น ควาซาร์ (วัตถุอวกาศที่ห่างไกลที่สุดที่เราหาได้จากการสังเกตของเรา) เป็นกาแลคซีที่ทำงานอยู่ ซึ่งเราเห็นเพียงนิวเคลียสที่สว่างมากเท่านั้น

ขนาดกลางและ "มินิ"

ความลึกลับอีกประการหนึ่งยังคงเป็นหลุมดำมวลปานกลาง ซึ่งจากการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ อาจเป็นศูนย์กลางของกระจุกดาวทรงกลมบางแห่ง เช่น M13 และ NCC 6388 นักดาราศาสตร์หลายคนยังสงสัยเกี่ยวกับวัตถุเหล่านี้ แต่บางคน งานวิจัยล่าสุดบอกถึงการมีอยู่ของหลุมดำขนาดกลางแม้ใกล้กับใจกลางดาราจักรของเรา นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ สตีเฟน ฮอว์คิงยังได้เสนอสมมติฐานเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำประเภทที่สี่ นั่นคือ "หลุมขนาดเล็ก" ที่มีมวลเพียงพันล้านตัน (ซึ่งเท่ากับมวลของภูเขาขนาดใหญ่โดยประมาณ) มันเป็นเรื่องของเกี่ยวกับวัตถุปฐมภูมินั่นคือสิ่งที่ปรากฏในช่วงเวลาแรกของชีวิตของจักรวาลเมื่อความกดดันยังสูงมาก อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการค้นพบร่องรอยการมีอยู่ของพวกมัน

วิธีหาหลุมดำ

เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแสงส่องมาเหนือหลุมดำ ด้วยการปรับปรุงเครื่องมือและเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง (ทั้งบนบกและในอวกาศ) วัตถุเหล่านี้จึงมีความลึกลับน้อยลง แม่นยำยิ่งขึ้น พื้นที่รอบๆ พวกมันจะลึกลับน้อยลง อันที่จริง เนื่องจากหลุมดำนั้นมองไม่เห็น เราจึงสามารถรับรู้ได้ก็ต่อเมื่อมันถูกล้อมรอบด้วยสสารเพียงพอ (ดาวและก๊าซร้อน) ที่โคจรรอบมันในระยะทางเล็กน้อยเท่านั้น

ดูระบบคู่

หลุมดำของดาวฤกษ์บางดวงถูกค้นพบโดยการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์รอบดาวข้างเคียงที่มองไม่เห็น ระบบคู่. ระบบดาวคู่แบบปิด (กล่าวคือ ประกอบด้วยดาวสองดวงที่อยู่ใกล้กันมาก) โดยที่ดาวคู่ดวงหนึ่งมองไม่เห็น เป็นวัตถุที่ชื่นชอบในการสังเกตการณ์สำหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มองหาหลุมดำ

ข้อบ่งชี้ของการมีอยู่ของหลุมดำ (หรือดาวนิวตรอน) คือการแผ่รังสีเอกซ์อย่างแรง ซึ่งเกิดจากกลไกที่ซับซ้อน ซึ่งสามารถอธิบายแผนผังได้ดังนี้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงอันทรงพลัง หลุมดำจึงสามารถดึงสสารออกจากดาวข้างเคียงได้ ก๊าซนี้ถูกกระจายในรูปของจานแบนและตกลงไปในหลุมดำเป็นเกลียว แรงเสียดทานที่เกิดจากการชนกันของอนุภาคก๊าซที่ตกลงมาทำให้ชั้นในของดิสก์ร้อนขึ้นหลายล้านองศา ซึ่งทำให้เกิดการแผ่รังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง

ข้อสังเกตใน เอกซเรย์

การสังเกตการณ์ในรังสีเอกซ์ของวัตถุในดาราจักรของเราและดาราจักรใกล้เคียงซึ่งมีการดำเนินการมาหลายทศวรรษแล้ว ทำให้สามารถตรวจจับแหล่งกำเนิดไบนารีที่มีขนาดกะทัดรัดได้ ซึ่งระบบจำนวนหนึ่งในสิบนั้นเป็นระบบที่มีผู้สมัครของหลุมดำ ปัญหาหลักคือการกำหนดมวลของเทห์ฟากฟ้าที่มองไม่เห็น ค่าของมวล (ถึงจะไม่ค่อยแม่นนัก) สามารถหาได้จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของสหายหรือที่ยากกว่ามากโดยการวัดความเข้ม รังสีเอกซ์สารตก ความเข้มข้นนี้เชื่อมโยงกันด้วยสมการกับมวลของร่างกายที่สารนี้ตกลงมา

รางวัลโนเบล

อาจมีบางสิ่งที่คล้ายคลึงกันเกี่ยวกับหลุมดำมวลมหาศาลที่สังเกตพบในแกนกลางของดาราจักรหลายแห่ง ซึ่งมวลนั้นประเมินโดยการวัดความเร็วการโคจรของก๊าซที่ตกลงสู่หลุมดำ ในกรณีนี้ เกิดจากสนามโน้มถ่วงทรงพลังของวัตถุขนาดใหญ่มาก การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความเร็วของเมฆก๊าซที่โคจรรอบใจกลางดาราจักรนั้นถูกเปิดเผยโดยการสังเกตในช่วงวิทยุเช่นเดียวกับในลำแสงออปติคอล การสังเกตในช่วงเอ็กซ์เรย์สามารถยืนยันการปลดปล่อยพลังงานที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการตกของสสารในหลุมดำ การวิจัยเกี่ยวกับรังสีเอกซ์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 เริ่มต้นโดย Riccardo Giacconi ชาวอิตาลีที่ทำงานในสหรัฐอเมริกา เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 2545 เพื่อเป็นเกียรติแก่ "ผลงานที่ก้าวล้ำในด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ซึ่งนำไปสู่การค้นพบแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในอวกาศ"

Cygnus X-1: ผู้สมัครคนแรก

กาแล็กซี่ของเราไม่ได้รับการยกเว้นจากการมีอยู่ของวัตถุที่อาจเป็นหลุมดำ โชคดีที่ไม่มีวัตถุเหล่านี้อยู่ใกล้เราจนเป็นอันตรายต่อการดำรงอยู่ของโลกหรือ ระบบสุริยะ. ทั้งๆที่มี จำนวนมากของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ขนาดกะทัดรัดตั้งข้อสังเกต (และสิ่งเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุดในการค้นหาหลุมดำที่นั่น) เราไม่แน่ใจว่าพวกมันมีหลุมดำอยู่จริง หนึ่งเดียวในแหล่งเหล่านี้ที่ไม่มี รุ่นทางเลือกเป็นไบนารี Cygnus X-1 ที่ใกล้เคียงกัน นั่นคือแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่สว่างที่สุดในกลุ่มดาว Cygnus

ดาวมวลมาก

ระบบนี้ซึ่งมีคาบการโคจร 5.6 วัน ประกอบด้วยดาวสีน้ำเงินสว่างมาก ขนาดใหญ่(เส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าดวงอาทิตย์ 20 เท่า และมวลประมาณ 30 เท่า) แยกแยะได้ง่ายแม้ในกล้องโทรทรรศน์ของคุณ และดาวฤกษ์ดวงที่สองที่มองไม่เห็น ซึ่งมีมวลประมาณค่ามวลดวงอาทิตย์หลายเท่า (มากถึง 10 เท่า) ตั้งอยู่ห่างจากเรา 6500 ปีแสง ดาวดวงที่สองจะมองเห็นได้ชัดเจนหากเป็นดาวธรรมดา การล่องหนของมัน รังสีเอกซ์ที่ทรงพลังของระบบ และในที่สุด การประมาณมวลของมันทำให้นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่านี่เป็นการค้นพบหลุมดำที่เป็นตัวเอกที่ได้รับการยืนยันครั้งแรก

ข้อสงสัย

อย่างไรก็ตาม ยังมีคนคลางแคลงใจ ในหมู่พวกเขาเป็นหนึ่งในนักวิจัยที่ใหญ่ที่สุดของหลุมดำ, นักฟิสิกส์ Stephen Hawking เขายังเดิมพันกับเพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันของเขา Keel Thorne ผู้สนับสนุนที่แข็งแกร่งของการจำแนก Cygnus X-1 เป็นหลุมดำ

ข้อพิพาทเกี่ยวกับธรรมชาติของวัตถุ Cygnus X-1 ไม่ใช่การเดิมพันเพียงอย่างเดียวของ Hawking หลังจากอุทิศเวลามาเก้าปีแล้ว การวิจัยเชิงทฤษฎีหลุมดำเขาเชื่อมั่นในความเข้าใจผิดของความคิดก่อนหน้าของเขาเกี่ยวกับวัตถุลึกลับเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Hawking สันนิษฐานว่าสสารหลังจากตกลงไปในหลุมดำจะหายไปตลอดกาลและด้วยเหตุนี้กระเป๋าข้อมูลทั้งหมดจึงหายไป เขามั่นใจในเรื่องนี้มากจนได้เดิมพันเรื่องนี้ในปี 1997 กับ John Preskill เพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันของเขา

ยอมรับผิด

ที่ 21 กรกฏาคม 2547 ในสุนทรพจน์ของเขาที่ Relativity Congress ในดับลิน ฮอว์คิงยอมรับว่าพรีสกิลพูดถูก หลุมดำไม่ได้นำไปสู่ หายสาบสูญไปโดยสมบูรณ์สาร ยิ่งกว่านั้น พวกเขามี "ความทรงจำ" บางประเภท ภายในอาจมีร่องรอยของสิ่งที่พวกเขาดูดซึม ดังนั้นโดยการ "ระเหย" (นั่นคือการแผ่รังสีอย่างช้าๆเนื่องจากเอฟเฟกต์ควอนตัม) พวกเขาสามารถส่งคืนข้อมูลนี้ไปยังจักรวาลของเรา

หลุมดำในกาแลคซี่

นักดาราศาสตร์ยังคงมีข้อสงสัยมากมายเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำที่เป็นตัวเอกในกาแลคซีของเรา (เช่นเดียวกับที่อยู่ในระบบไบนารี Cygnus X-1); แต่มีข้อสงสัยน้อยกว่ามากเกี่ยวกับหลุมดำมวลมหาศาล

อยู่ตรงกลาง

มีหลุมดำมวลมหาศาลอย่างน้อยหนึ่งแห่งในกาแลคซีของเรา ต้นกำเนิดของมันหรือที่เรียกว่าราศีธนู A* นั้นตั้งอยู่ใจกลางระนาบของทางช้างเผือกอย่างแม่นยำ ชื่อของมันถูกอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นแหล่งวิทยุที่ทรงพลังที่สุดในกลุ่มดาวธนู อยู่ในทิศทางนี้ที่ทั้งศูนย์กลางทางเรขาคณิตและทางกายภาพของระบบกาแลคซีของเราตั้งอยู่ หลุมดำขนาดมหึมาที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ อยู่ห่างจากเราประมาณ 26,000 ปีแสง มีมวลประมาณ 4 ล้านมวลดวงอาทิตย์ ล้อมรอบด้วยพื้นที่ซึ่งมีปริมาตรเทียบเท่ากับ ปริมาณของระบบสุริยะ (หลุมดำมวลยิ่งยวดนี้อยู่ใกล้โลกมากที่สุดโดยไม่ต้องสงสัย) ทำให้วัตถุต้องอยู่ภายใต้การตรวจสอบอย่างลึกล้ำโดยหอสังเกตการณ์อวกาศจันทราในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฎว่าเป็นแหล่งรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง (แต่ไม่ทรงพลังเท่าแหล่งกำเนิดในนิวเคลียสของกาแลคซี่ที่ทำงานอยู่) ราศีธนู A* อาจเป็นส่วนที่เหลืออยู่เฉยๆ ของแกนกลางที่เคลื่อนไหวของกาแล็กซีของเราเมื่อหลายล้านหรือหลายพันล้านปีก่อน

หลุมดำที่สอง?

อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่ามีเซอร์ไพรส์อื่นในกาแล็กซีของเรา เรากำลังพูดถึงหลุมดำดวงที่สองที่มีมวลเฉลี่ย จับกลุ่มดาวอายุน้อยไว้ด้วยกัน และไม่ยอมให้พวกมันตกลงไปในหลุมดำมวลมหาศาลที่ตั้งอยู่ใจกลางดาราจักรเอง เป็นไปได้อย่างไรที่ห่างจากมันน้อยกว่าหนึ่งปีแสงอาจมีกระจุกดาวที่มีอายุไม่ถึง 10 ล้านปี นั่นคือตามมาตรฐานทางดาราศาสตร์ ยังอายุน้อยมาก ตามที่นักวิจัย คำตอบอยู่ในความจริงที่ว่ากระจุกดาวไม่ได้เกิดที่นั่น (สภาพแวดล้อมรอบ ๆ หลุมดำตรงกลางนั้นไม่เป็นมิตรต่อการเกิดดาว) แต่ถูก "ดึง" ที่นั่นเนื่องจากการมีอยู่ของหลุมดำที่สองอยู่ภายใน ซึ่งมีมวลของค่าเฉลี่ย

อยู่ในวงโคจร

ดาวแต่ละดวงในกระจุกดาราจักรซึ่งดึงดูดโดยหลุมดำมวลมหาศาลเริ่มเคลื่อนเข้าหาศูนย์กลางดาราจักร อย่างไรก็ตาม แทนที่จะกระจัดกระจายไปในอวกาศ พวกมันยังคงอยู่ด้วยกันเนื่องจากการดึงดูดของหลุมดำที่สองที่ใจกลางกระจุกดาว มวลของหลุมดำนี้สามารถประมาณได้จากความสามารถในการยึดกระจุกดาวทั้งกระจุก "ด้วยสายจูง" หลุมดำขนาดกลางดูเหมือนจะหมุนรอบหลุมดำตรงกลางในเวลาประมาณ 100 ปี ซึ่งหมายความว่าการสังเกตในระยะยาวเป็นเวลาหลายปีจะทำให้เราสามารถ "มองเห็น" ได้

หลุมดำเป็นเพียงวัตถุในจักรวาลที่สามารถดึงดูดแสงด้วยแรงโน้มถ่วงได้ พวกเขายังเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล เราไม่น่าจะรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ (เรียกว่า "จุดที่ไม่กลับมา") ในเร็ว ๆ นี้ เหล่านี้เป็นสถานที่ที่ลึกลับที่สุดในโลกของเราซึ่งแม้จะทำการวิจัยมาหลายทศวรรษ แต่ก็ยังไม่ค่อยมีใครรู้จัก บทความนี้ประกอบด้วยข้อเท็จจริง 10 ประการที่เรียกได้ว่าน่าสนใจที่สุด

หลุมดำไม่ดูดสสาร

หลายคนคิดว่าหลุมดำเป็น "เครื่องดูดฝุ่นจักรวาล" ชนิดหนึ่งที่ดึงดูดพื้นที่โดยรอบ ในความเป็นจริง หลุมดำเป็นวัตถุจักรวาลธรรมดาที่มีสนามโน้มถ่วงสูงเป็นพิเศษ

หากมีหลุมดำขนาดเท่ากันเกิดขึ้นที่ตำแหน่งของดวงอาทิตย์ โลกจะไม่ถูกดึงเข้าด้านใน โลกก็จะหมุนในวงโคจรเดียวกันกับที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้หลุมดำสูญเสียมวลบางส่วนไปในรูปของลมดาว (ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการดำรงอยู่ของดาวฤกษ์ใดๆ) และหลุมดำดูดซับเฉพาะสสารนี้เท่านั้น

Karl Schwarzschild ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำ

Karl Schwarzschild เป็นคนแรกที่ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein เพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของ "จุดที่ไม่มีวันย้อนกลับ" ไอน์สไตน์เองไม่ได้คิดเกี่ยวกับหลุมดำแม้ว่าทฤษฎีของเขาจะทำให้สามารถทำนายการมีอยู่ของหลุมดำได้

Schwarzschild เสนอแนะของเขาในปี 1915 หลังจากที่ Einstein ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา นั่นคือตอนที่คำว่า "Schwarzschild radius" เกิดขึ้น ซึ่งเป็นค่าที่บอกคุณว่าคุณต้องบีบอัดวัตถุมากเพียงใดเพื่อให้เป็นหลุมดำ

ในทางทฤษฎี อะไรก็ตามที่กลายเป็นหลุมดำได้ เพียงพอการบีบอัด ยิ่งวัตถุมีความหนาแน่นมากเท่าใด ก็จะยิ่งสร้างสนามโน้มถ่วงมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น โลกจะกลายเป็นหลุมดำหากวัตถุขนาดเท่าถั่วลิสงมีมวลของมัน

หลุมดำสามารถกำเนิดจักรวาลใหม่ได้

แนวคิดที่ว่าหลุมดำสามารถทำให้เกิดจักรวาลใหม่ได้นั้นดูไร้สาระ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเรายังไม่แน่ใจเกี่ยวกับการมีอยู่ของจักรวาลอื่น) อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาทฤษฎีดังกล่าวอย่างจริงจัง

ทฤษฎีรุ่นใดรุ่นหนึ่งที่ง่ายกว่านี้มีดังนี้ โลกของเรามีเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยเป็นพิเศษสำหรับการเกิดขึ้นของชีวิตในนั้น หากค่าคงที่ทางกายภาพใด ๆ เปลี่ยนแปลงแม้เพียงเล็กน้อย เราจะไม่อยู่ในโลกนี้ ภาวะเอกฐานของหลุมดำเข้ามาแทนที่กฎฟิสิกส์ทั่วไป และอาจ (อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี) อาจก่อให้เกิดจักรวาลใหม่ที่จะแตกต่างจากของเรา

หลุมดำสามารถเปลี่ยนคุณ (และอะไรก็ได้) ให้เป็นสปาเก็ตตี้

หลุมดำยืดวัตถุที่อยู่ใกล้พวกมัน วัตถุเหล่านี้เริ่มคล้ายกับสปาเก็ตตี้ (มีแม้กระทั่งคำพิเศษ - "spaghettiification")

นี่เป็นเพราะวิธีการทำงานของแรงโน้มถ่วง ในขณะนี้ เท้าของคุณอยู่ใกล้กับศูนย์กลางโลกมากกว่าหัวของคุณ ดังนั้นพวกมันจึงถูกดึงออกอย่างแรงกว่า ที่พื้นผิวของหลุมดำ ความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงเริ่มทำงานกับคุณ ขาถูกดึงดูดไปยังจุดศูนย์กลางของหลุมดำเร็วขึ้นและเร็วขึ้น เพื่อให้ครึ่งบนของลำตัวไม่สามารถตามพวกมันได้ ผลลัพธ์: สปาเก็ตตี้!

หลุมดำระเหยไปตามกาลเวลา

หลุมดำไม่เพียงดูดซับลมของดวงดาวเท่านั้น แต่ยังระเหยออกไปด้วย ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี 1974 และได้รับการตั้งชื่อว่ารังสีฮอว์คิง (ตามชื่อของสตีเฟน ฮอว์คิง ผู้เป็นผู้ค้นพบ)

เมื่อเวลาผ่านไป หลุมดำสามารถให้มวลทั้งหมดของมันสู่อวกาศโดยรอบพร้อมกับการแผ่รังสีนี้และหายไป

หลุมดำทำให้เวลารอบตัวช้าลง

เมื่อคุณเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ เวลาจะช้าลง เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น เราต้องหันไปหา “ฝาแฝดคู่ขนาน” การทดลองทางความคิดมักใช้เพื่ออธิบายพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

พี่น้องฝาแฝดคนหนึ่งยังคงอยู่บนโลก ในขณะที่อีกคนหนึ่งบินไปในอวกาศด้วยความเร็วแสง เมื่อกลับมายังโลก ฝาแฝดพบว่าน้องชายของเขาแก่กว่าเขา เพราะเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วแสง เวลาจะผ่านไปช้ากว่า

เมื่อคุณเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ คุณจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจนเวลาช้าลงสำหรับคุณ

หลุมดำคือโรงไฟฟ้าที่ก้าวหน้าที่สุด

หลุมดำสร้างพลังงานได้ดีกว่าดวงอาทิตย์และดาวดวงอื่นๆ นี่เป็นเพราะเรื่องที่หมุนรอบตัวพวกเขา การเอาชนะขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วยความเร็วสูง สสารในวงโคจรของหลุมดำได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก สิ่งนี้เรียกว่าการแผ่รังสีวัตถุดำ

สำหรับการเปรียบเทียบ ในระหว่างการหลอมนิวเคลียส 0.7% ของสสารจะถูกแปลงเป็นพลังงาน ใกล้หลุมดำ 10% ของสสารกลายเป็นพลังงาน!

หลุมดำบิดเบี้ยวพื้นที่รอบตัวพวกเขา

พื้นที่สามารถคิดได้ว่าเป็นแถบยางยืดที่มีเส้นลากอยู่ หากคุณวางวัตถุบนจาน มันจะเปลี่ยนรูปร่าง หลุมดำทำงานในลักษณะเดียวกัน มวลมหาศาลของพวกเขาดึงดูดทุกสิ่งมาสู่ตัวมันเองรวมถึงแสง (รังสีที่ต่อเนื่องการเปรียบเทียบสามารถเรียกได้ว่าเป็นเส้นบนจาน)

หลุมดำจำกัดจำนวนดาวในจักรวาล

ดาวฤกษ์เกิดขึ้นจากเมฆก๊าซ เมฆต้องเย็นลงก่อนจึงจะเริ่มก่อตัวดาวได้

การแผ่รังสีจากวัตถุสีดำช่วยป้องกันเมฆก๊าซไม่ให้เย็นลงและป้องกันการก่อตัวของดาวฤกษ์

ในทางทฤษฎี วัตถุใดๆ สามารถกลายเป็นหลุมดำได้

ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างดวงอาทิตย์ของเรากับหลุมดำคือความแรงของแรงโน้มถ่วง ที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำนั้นแข็งแกร่งกว่าศูนย์กลางของดาวฤกษ์มาก ถ้าดวงอาทิตย์ของเราถูกบีบอัดให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 กิโลเมตร มันอาจเป็นหลุมดำ

ในทางทฤษฎี อะไรก็ตามที่กลายเป็นหลุมดำได้ ในทางปฏิบัติ เรารู้ว่าหลุมดำเกิดขึ้นจากการล่มสลายของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เท่านั้น ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 20-30 เท่า

S. TRANKOVSKY

ในบรรดาปัญหาที่สำคัญและน่าสนใจที่สุดของฟิสิกส์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์สมัยใหม่ นักวิชาการ V. L. Ginzburg ได้ตั้งชื่อคำถามที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำ (ดู Science and Life, Nos. 11, 12, 1999) มีการทำนายการมีอยู่ของวัตถุแปลก ๆ เหล่านี้เมื่อสองร้อยปีที่แล้ว เงื่อนไขที่นำไปสู่การก่อตัวของพวกมันได้รับการคำนวณอย่างแม่นยำในช่วงปลายยุค 30 ของศตวรรษที่ XX และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ก็เข้ามาเกี่ยวข้องเมื่อไม่ถึงสี่สิบปีก่อน วันนี้ วารสารวิทยาศาสตร์ทั่วโลกตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับหลุมดำหลายพันเรื่องทุกปี

การก่อตัวของหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี

นี่เป็นธรรมเนียมที่จะพรรณนาถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้หลุมดำที่กำลังยุบตัว เมื่อเวลาผ่านไป (Y) ช่องว่าง (X) รอบ ๆ (พื้นที่แรเงา) จะหดตัวเข้าหาภาวะเอกฐาน

สนามโน้มถ่วงของหลุมดำทำให้เกิดการบิดเบือนที่รุนแรงในเรขาคณิตของอวกาศ

หลุมดำที่มองไม่เห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ เผยให้เห็นตัวเองโดยอิทธิพลโน้มถ่วงเท่านั้น

ในสนามโน้มถ่วงอันทรงพลังของหลุมดำ คู่อนุภาคและปฏิปักษ์จะถือกำเนิดขึ้น

การกำเนิดของอนุภาคคู่ปฏิปักษ์ในห้องปฏิบัติการ

ลักษณะที่ปรากฏ

เทห์ฟากฟ้าเรืองแสงซึ่งมีความหนาแน่นเท่ากับโลกและมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์สองร้อยห้าสิบเท่าเนื่องจากแรงดึงดูดจะไม่ยอมให้แสงมาถึงเรา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่วัตถุเรืองแสงที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลซึ่งยังคงมองไม่เห็นเนื่องจากขนาดของมันอย่างแม่นยำ
ปิแอร์ ไซมอน ลาปลาซ
การนำเสนอระบบของโลก พ.ศ. 2339

ในปี ค.ศ. 1783 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น มิทเชล และสิบสามปีต่อมาโดยอิสระจากเขา นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ ไซมอน ลาปลาซ ได้ทำการศึกษาที่แปลกประหลาดมาก พวกเขาพิจารณาถึงสภาวะที่แสงไม่สามารถทิ้งดาวได้

ตรรกะของนักวิทยาศาสตร์นั้นเรียบง่าย สำหรับวัตถุทางดาราศาสตร์ใดๆ (ดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์) คุณสามารถคำนวณความเร็วที่เรียกว่าหลบหนี หรือความเร็วของจักรวาลที่สอง ซึ่งทำให้วัตถุหรืออนุภาคใดๆ ปล่อยทิ้งไว้ตลอดไป และในทางฟิสิกส์ในสมัยนั้น ทฤษฎีของนิวตันก็ครองอำนาจสูงสุด โดยที่แสงเป็นกระแสของอนุภาค (เหลือก่อนทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและควอนตัมเกือบหนึ่งร้อยห้าสิบปี) ความเร็วหลบหนีของอนุภาคสามารถคำนวณได้ตามความเท่าเทียมกัน พลังงานศักย์บนพื้นผิวโลกและ พลังงานจลน์ร่างกายที่ "วิ่งหนีไป" เป็นระยะทางยาวอนันต์ ความเร็วนี้กำหนดโดยสูตร #1#

ที่ไหน เอ็มคือมวลของวัตถุอวกาศ Rคือรัศมีของมัน จีคือค่าคงตัวโน้มถ่วง

จากที่นี่ รัศมีของวัตถุในมวลที่กำหนดจะได้มาอย่างง่ายดาย (ภายหลังเรียกว่า "รัศมีความโน้มถ่วง r g ") ซึ่งความเร็วหนีเท่ากับความเร็วแสง:

ซึ่งหมายความว่าดาวบีบอัดเป็นทรงกลมที่มีรัศมี r g< 2GM/ค 2 จะหยุดเปล่งแสง - แสงจะไม่สามารถปล่อยทิ้งไว้ได้ หลุมดำจะปรากฎขึ้นในจักรวาล

ง่ายต่อการคำนวณว่าดวงอาทิตย์ (มวลของมันคือ 2.1033 g) จะกลายเป็นหลุมดำหากมันหดตัวเป็นรัศมีประมาณ 3 กิโลเมตร ความหนาแน่นของสารในกรณีนี้จะสูงถึง 10 16 g/cm 3 . รัศมีของโลกซึ่งถูกบีบอัดจนเป็นหลุมดำ จะลดลงเหลือประมาณหนึ่งเซนติเมตร

ดูเหมือนเหลือเชื่อที่กองกำลังสามารถถูกพบได้ในธรรมชาติซึ่งสามารถบีบอัดดาวให้มีขนาดที่ไม่มีนัยสำคัญได้ ดังนั้นข้อสรุปจากงานของ Mitchell และ Laplace มานานกว่าร้อยปีจึงถือเป็นสิ่งที่เหมือนกับความขัดแย้งทางคณิตศาสตร์ที่ไม่มีความหมายทางกายภาพ

เข้มงวด หลักฐานทางคณิตศาสตร์ว่าวัตถุแปลกปลอมในอวกาศนั้นเป็นไปได้ ได้มาในปี 1916 เท่านั้น นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild เมื่อวิเคราะห์สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein ได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ เมื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามโน้มถ่วงของวัตถุมวลมากแล้ว เขาก็สรุปได้ว่าสมการเสีย ความหมายทางกายภาพ(คำตอบของมันไปที่อนันต์) ที่ r= 0 และ r = rกรัม

จุดที่ลักษณะของสนามสูญเสียความหมายเรียกว่าเอกพจน์นั่นคือพิเศษ ภาวะเอกฐานที่จุดศูนย์สะท้อนถึงจุดหนึ่ง หรือสิ่งเดียวกัน โครงสร้างสนามสมมาตรจากศูนย์กลาง (หลังจากนั้น วัตถุทรงกลมใดๆ - ดาวหรือดาวเคราะห์ - สามารถแสดงเป็นจุดวัตถุได้) และจุดที่อยู่บนพื้นผิวทรงกลมมีรัศมี r g สร้างพื้นผิวที่ความเร็วหลบหนีเท่ากับความเร็วแสง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเรียกว่าทรงกลมเอกพจน์ Schwarzschild หรือขอบฟ้าเหตุการณ์ (ทำไม - จะชัดเจนในภายหลัง)

แล้วในตัวอย่างของวัตถุที่เราคุ้นเคย - โลกและดวงอาทิตย์ - เป็นที่ชัดเจนว่าหลุมดำเป็นอย่างมาก ของแปลก. แม้แต่นักดาราศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับสสารที่อุณหภูมิสูงมาก ความหนาแน่นและความดันยังถือว่าสสารนั้นแปลกใหม่มาก และจนกระทั่งไม่นานมานี้ทุกคนก็ไม่เชื่อในการมีอยู่ของพวกมัน อย่างไรก็ตาม สิ่งบ่งชี้เบื้องต้นเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการก่อตัวของหลุมดำนั้นมีอยู่แล้วในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ A. Einstein ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1915 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ อาร์เธอร์ เอดดิงตัน หนึ่งในล่ามและนักแปลคนแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ได้ใช้ระบบสมการที่อธิบายโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ ตามมาจากพวกเขาว่าดาวฤกษ์อยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงที่พุ่งตรงและความดันภายในที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคพลาสมาร้อนภายในแสงและโดยความดันของรังสีที่เกิดขึ้นในส่วนลึก และนั่นก็หมายความว่าดาวฤกษ์นั้นเป็นลูกแก๊สซึ่งอยู่ตรงกลางนั้น ความร้อนค่อย ๆ ลดลงไปรอบ ๆ โดยเฉพาะจากสมการนั้น อุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 5500 องศา (ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับข้อมูลการวัดทางดาราศาสตร์) และในใจกลางดวงอาทิตย์ควรมีอุณหภูมิประมาณ 10 ล้านองศา สิ่งนี้ทำให้เอดดิงตันสามารถสรุปคำทำนายได้: ที่อุณหภูมิดังกล่าว ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ถูก "จุดไฟ" ซึ่งเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าดวงอาทิตย์จะเรืองแสง นักฟิสิกส์ปรมาณูในเวลานั้นไม่เห็นด้วยกับเรื่องนี้ ดูเหมือนว่าพวกเขาจะ "เย็น" เกินไปในลำไส้ของดาว: อุณหภูมิมีไม่เพียงพอสำหรับปฏิกิริยาที่จะ "ไป" นักทฤษฎีที่โกรธจัดตอบว่า: "มองหาที่ที่ร้อนกว่านี้!"

และในที่สุด เขาก็กลายเป็นฝ่ายถูก มีปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์อยู่ตรงกลางดาวฤกษ์จริงๆ (อีกสิ่งหนึ่งที่เรียกว่า "แบบจำลองสุริยะมาตรฐาน" ตามแนวคิดเกี่ยวกับเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน กลับกลายเป็นว่า ไม่ถูกต้อง - ดูตัวอย่างเช่น "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 2, 3, 2000) อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาที่ใจกลางดาวฤกษ์เกิดขึ้น ดาวจะส่องแสง และการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จะทำให้มันอยู่ในสถานะคงที่ แต่ตอนนี้ "เชื้อเพลิง" นิวเคลียร์ในดาวฤกษ์หมดไฟแล้ว การปลดปล่อยพลังงานจะหยุด การแผ่รังสีออกไป และแรงที่ยึดแรงโน้มถ่วงไว้จะหายไป มีการจำกัดมวลของดาวฤกษ์ หลังจากที่ดาวฤกษ์เริ่มหดตัวอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากมวลของดาวฤกษ์มีมวลมากกว่าสองหรือสามเท่าของมวลดวงอาทิตย์

แรงโน้มถ่วงลดลง

ในตอนแรก อัตราการหดตัวของดาวมีขนาดเล็ก แต่อัตราเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากแรงดึงดูดแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แรงอัดจะย้อนกลับไม่ได้ ไม่มีแรงใดๆ ที่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงในตัวเองได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ความเร็วของเปลือกดาวเข้าหาศูนย์กลางเพิ่มขึ้น ใกล้ความเร็วแสง และที่นี่ผลกระทบของทฤษฎีสัมพัทธภาพเริ่มมีบทบาท

ความเร็วหลบหนีคำนวณจากแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง จากมุมมองของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปรากฏการณ์ในบริเวณใกล้เคียงดาวที่กำลังยุบตัวเกิดขึ้นค่อนข้างต่างกัน ในสนามโน้มถ่วงอันทรงพลัง การเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงสีแดงเกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าความถี่ของการแผ่รังสีที่มาจากวัตถุขนาดใหญ่จะเปลี่ยนเป็นความถี่ต่ำ ในขอบเขต ที่ขอบเขตของทรงกลมชวาร์ซไชลด์ ความถี่การแผ่รังสีจะกลายเป็น ศูนย์. กล่าวคือ ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ภายนอกจะไม่สามารถรับรู้ถึงสิ่งที่เกิดขึ้นภายในได้ นั่นคือเหตุผลที่ทรงกลม Schwarzschild เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์

แต่การลดความถี่เท่ากับการชะลอเวลา และเมื่อความถี่กลายเป็นศูนย์ เวลาจะหยุดลง ซึ่งหมายความว่าผู้สังเกตการณ์ภายนอกจะเห็นภาพที่แปลกประหลาดมาก: เปลือกของดาวตกด้วยความเร่งที่เพิ่มขึ้น แทนที่จะไปถึงความเร็วแสง จะหยุดลง จากมุมมองของเขา การหดตัวจะหยุดทันทีที่ขนาดของดาวเข้าใกล้รัศมีความโน้มถ่วง
หนวด. เขาจะไม่เห็นแม้แต่อนุภาค "ดำน้ำ" แม้แต่ชิ้นเดียวภายใต้ทรงกลมชวาร์ซไชลด์ แต่สำหรับผู้สังเกตการณ์สมมุติที่ตกลงไปในหลุมดำ ทุกสิ่งทุกอย่างจะจบลงในชั่วขณะหนึ่งตามนาฬิกาของเขา ดังนั้น เวลาการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่มีขนาดเท่ากับดวงอาทิตย์จะเท่ากับ 29 นาที และดาวนิวตรอนที่มีความหนาแน่นและหนาแน่นกว่ามาก - เพียง 1/2000 วินาทีเท่านั้น และที่นี่เขากำลังมีปัญหา เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของกาลอวกาศใกล้หลุมดำ

ผู้สังเกตการณ์เข้าสู่พื้นที่โค้ง ใกล้กับรัศมีความโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงจะมีขนาดใหญ่ไม่สิ้นสุด พวกเขายืดจรวดด้วยนักบินอวกาศผู้สังเกตการณ์เป็นเส้นบาง ๆ ที่มีความยาวไม่สิ้นสุด แต่ตัวเขาเองจะไม่สังเกตเห็นสิ่งนี้: การเปลี่ยนรูปทั้งหมดของเขาจะสอดคล้องกับการบิดเบือนของพิกัดกาลอวกาศ แน่นอนว่าการพิจารณาเหล่านี้หมายถึงกรณีสมมุติในอุดมคติ ร่างจริงใดๆ จะถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ ด้วยพลังน้ำขึ้นน้ำลงนานก่อนที่จะเข้าใกล้ทรงกลมชวาร์ซชิลด์

มิติหลุมดำ

ขนาดของหลุมดำหรือมากกว่านั้น รัศมีของทรงกลมชวาร์ซชิลด์นั้นแปรผันตามมวลของดาวฤกษ์ และเนื่องจากฟิสิกส์ดาราศาสตร์ไม่ได้จำกัดขนาดของดาวฤกษ์ หลุมดำจึงอาจมีขนาดใหญ่ตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น ถ้ามันเกิดขึ้นระหว่างการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่มีมวล 10 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ (หรือเนื่องจากการรวมตัวกันของดาวฤกษ์ที่ค่อนข้างเล็กหลายแสนดวง หรือแม้แต่นับล้านดวง) รัศมีของมันก็จะอยู่ที่ประมาณ 300 ล้านกิโลเมตร สองเท่าของวงโคจรของโลก และความหนาแน่นเฉลี่ยของสสารของยักษ์ดังกล่าวนั้นใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำ

เห็นได้ชัดว่ามันเป็นหลุมดำอย่างแม่นยำที่พบในใจกลางกาแลคซี ไม่ว่าในกรณีใด นักดาราศาสตร์ในปัจจุบันนับกาแล็กซีประมาณห้าสิบกาแล็กซี ซึ่งในใจกลางของกาแล็กซีนั้น เมื่อพิจารณาจากสัญญาณทางอ้อม (เราจะพูดถึงพวกมันด้านล่าง) มีหลุมดำที่มีมวลประมาณหนึ่งพันล้านดวง (10 9) ดวงสุริยะ เห็นได้ชัดว่ากาแล็กซี่ของเรามีหลุมดำของตัวเองเช่นกัน มวลของมันถูกประเมินค่อนข้างแม่นยำ - 2.4 10 6 ±10% ของมวลดวงอาทิตย์

ทฤษฏีสันนิษฐานว่า หลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลประมาณ 10 14 กรัม และมีรัศมีประมาณ 10 -12 ซม. (ขนาด นิวเคลียสของอะตอม). พวกเขาสามารถปรากฏขึ้นในช่วงเวลาแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาลโดยเป็นการแสดงให้เห็นถึงความไม่เท่าเทียมกันอย่างมากของกาลอวกาศที่มีความหนาแน่นของพลังงานมหาศาล สภาวะที่มีอยู่ในจักรวาลในขณะนั้นได้เกิดขึ้นแล้วโดยนักวิจัยที่เครื่องชนกันอันทรงพลัง (เครื่องเร่งความเร็วบนคานที่ชนกัน) การทดลองที่ CERN เมื่อต้นปีนี้ทำให้เกิดควาร์ก-กลูออนพลาสมา ซึ่งเป็นสสารที่มีอยู่ก่อนแล้ว อนุภาคมูลฐาน. การวิจัยเกี่ยวกับสถานะของสสารนี้ยังคงดำเนินต่อไปที่ Brookhaven ซึ่งเป็นศูนย์เร่งความเร็วของอเมริกา มีความสามารถในการเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงกว่าเครื่องเร่งอนุภาคใน
เซิร์น การทดลองที่จะเกิดขึ้นทำให้เกิดความวิตกกังวลอย่างมาก: หลุมขนาดเล็กสีดำจะเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานซึ่งจะทำให้พื้นที่ของเราโค้งงอและทำลายโลกหรือไม่

ความกลัวนี้ทำให้เกิดการตอบสนองอย่างรุนแรงจนรัฐบาลสหรัฐฯ ถูกบังคับให้เรียกประชุมคณะกรรมาธิการที่มีอำนาจเพื่อทดสอบความเป็นไปได้นี้ คณะกรรมการซึ่งประกอบด้วยนักวิจัยที่มีชื่อเสียง สรุปว่าพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาคต่ำเกินไปสำหรับหลุมดำที่จะก่อตัว (การทดลองนี้อธิบายไว้ในวารสาร "Science and Life" No. 3, 2000)

วิธีดูสิ่งที่มองไม่เห็น

หลุมดำไม่ปล่อยแสง แม้แต่แสง อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้ที่จะเห็นพวกเขา หรือมากกว่าเพื่อค้นหา "ผู้สมัคร" สำหรับบทบาทนี้ มีสามวิธีในการตรวจจับหลุมดำ

1. จำเป็นต้องติดตามการหมุนเวียนของดาวในกระจุกรอบจุดศูนย์ถ่วงที่แน่นอน หากปรากฎว่าไม่มีสิ่งใดในศูนย์กลางนี้ และดวงดาวก็โคจรไปรอบๆ สถานที่ว่างเปล่า อย่างที่เป็นอยู่ เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจ: มีหลุมดำใน "ความว่างเปล่า" นี้ บนพื้นฐานนี้เองที่สันนิษฐานว่ามีหลุมดำอยู่ใจกลางดาราจักรของเราและประเมินมวลของมัน

2. หลุมดำดูดสสารเข้าไปในตัวมันเองจากอวกาศโดยรอบ ฝุ่นระหว่างดาว ก๊าซ สสารของดาวฤกษ์ใกล้เคียงตกกระทบเป็นวงก้นหอย ก่อตัวเป็นจานมวลรวมที่เรียกว่า คล้ายกับวงแหวนของดาวเสาร์ (นี่คือสิ่งที่น่ากลัวในการทดลอง Brookhaven: หลุมขนาดเล็กสีดำที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งความเร็วจะเริ่มดูดโลกเข้าสู่ตัวเองและกระบวนการนี้ไม่สามารถหยุดได้ด้วยแรงใด ๆ ) เมื่อเข้าใกล้ทรงกลม Schwarzschild อนุภาคสัมผัส การเร่งความเร็วและเริ่มแผ่รังสีในช่วงเอ็กซ์เรย์ การแผ่รังสีนี้มีสเปกตรัมลักษณะเฉพาะคล้ายกับการแผ่รังสีของอนุภาคที่เร่งความเร็วในซินโครตรอนที่ได้รับการศึกษามาอย่างดี และถ้าการแผ่รังสีดังกล่าวมาจากบางพื้นที่ของจักรวาล เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าต้องมีหลุมดำอยู่ที่นั่น

3. เมื่อหลุมดำสองหลุมมารวมกัน จะเกิดรังสีความโน้มถ่วง มีการคำนวณว่าหากมวลของดวงอาทิตย์แต่ละดวงมีมวลประมาณสิบเท่า เมื่อรวมกันภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง พลังงานที่เทียบเท่ากับ 1% ของมวลทั้งหมดจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง นี่เป็นมากกว่าแสง ความร้อน และพลังงานอื่นๆ ที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาเป็นพันเท่าตลอดระยะเวลาการดำรงอยู่ของมัน - ห้าพันล้านปี พวกเขาหวังว่าจะตรวจจับรังสีความโน้มถ่วงด้วยความช่วยเหลือของหอสังเกตการณ์คลื่นโน้มถ่วง LIGO และอื่นๆ ซึ่งขณะนี้ถูกสร้างขึ้นในอเมริกาและยุโรปโดยมีส่วนร่วมของนักวิจัยชาวรัสเซีย (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ฉบับที่ 5, 2000)

และถึงแม้นักดาราศาสตร์จะไม่สงสัยเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำ แต่ก็ไม่มีใครสามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าหนึ่งในนั้นตั้งอยู่ที่จุดที่กำหนดในอวกาศ จริยธรรมทางวิทยาศาสตร์ ความรอบคอบของผู้วิจัยต้องการคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ตั้งไว้ ซึ่งไม่ยอมรับความคลาดเคลื่อน การประมาณมวลของวัตถุที่มองไม่เห็นนั้นไม่เพียงพอ คุณต้องวัดรัศมีของมันและแสดงว่าไม่เกิน Schwarzschild หนึ่ง และแม้กระทั่งภายใน Galaxy ของเรา ปัญหานี้ยังไม่ได้รับการแก้ไข นั่นคือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์แสดงการยับยั้งชั่งใจบางอย่างในการรายงานการค้นพบของพวกเขา และวารสารทางวิทยาศาสตร์ก็เต็มไปด้วยรายงานการทำงานเชิงทฤษฎีและการสังเกตผลกระทบที่สามารถให้ความกระจ่างแก่ความลึกลับของพวกมันได้

จริงอยู่ หลุมดำยังมีคุณสมบัติอีกประการหนึ่งซึ่งคาดการณ์ในทางทฤษฎี ซึ่งอาจช่วยให้มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขเดียว มวลของหลุมดำจะต้องน้อยกว่ามวลของดวงอาทิตย์มาก

หลุมดำอาจเป็น "สีขาว"

เป็นเวลานานที่หลุมดำถือเป็นศูนย์รวมของความมืด วัตถุที่อยู่ในสุญญากาศโดยที่ไม่มีการดูดซับสสาร จะไม่ฉายแสงสิ่งใดๆ อย่างไรก็ตาม ในปี 1974 สตีเฟน ฮอว์คิง นักทฤษฎีชาวอังกฤษผู้โด่งดังได้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำสามารถกำหนดอุณหภูมิได้ ดังนั้นจึงต้องมีการแผ่รังสีออกมา

ตามแนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัม สุญญากาศไม่ใช่ความว่างเปล่า แต่เป็น "โฟมแห่งกาลอวกาศ" ชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นการรวมอนุภาคเสมือน อย่างไรก็ตาม ความผันผวนของพลังงานควอนตัมสามารถ "โยน" คู่อนุภาคและปฏิปักษ์ออกจากสุญญากาศได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อแกมมาควอนตาสองหรือสามตัวชนกัน อิเล็กตรอนและโพซิตรอนจะปรากฏขึ้นราวกับว่าไม่ได้อะไรเลย มีการสังเกตปรากฏการณ์นี้และปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันซ้ำแล้วซ้ำอีกในห้องปฏิบัติการ

เป็นความผันผวนของควอนตัมที่กำหนดกระบวนการของการแผ่รังสีจากหลุมดำ ถ้าคู่ของอนุภาคที่มีพลังงาน อีและ -E(พลังงานทั้งหมดของทั้งคู่เป็นศูนย์) เกิดขึ้นใกล้กับทรงกลมชวาร์ซชิลด์ ชะตากรรมต่อไปอนุภาคจะแตกต่างกัน พวกเขาสามารถทำลายล้างเกือบจะในทันทีหรือไปภายใต้ขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วยกัน ในกรณีนี้ สถานะของหลุมดำจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ถ้ามีอนุภาคเพียงชิ้นเดียวที่อยู่ใต้ขอบฟ้า ผู้สังเกตจะลงทะเบียนอีกอนุภาคหนึ่ง และดูเหมือนว่าเขาจะเกิดจากหลุมดำ ในกรณีนี้ หลุมดำที่ดูดกลืนอนุภาคด้วยพลังงาน -E, จะลดพลังงาน, และด้วยพลังงาน อี- เพิ่ม.

ฮอว์คิงคำนวณอัตราที่กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้ดำเนินไป และสรุปได้ว่าความน่าจะเป็นของการดูดซึมอนุภาคที่มีพลังงานเชิงลบนั้นสูงกว่า ซึ่งหมายความว่าหลุมดำสูญเสียพลังงานและมวล - มันระเหยไป ยิ่งกว่านั้นยังแผ่เป็นร่างสีดำสนิทที่มีอุณหภูมิ ตู่ = 6 . 10 -8 เอ็มกับ / เอ็มเคลวิน โดยที่ เอ็ม c คือมวลของดวงอาทิตย์ (2.1033 g) เอ็มคือมวลของหลุมดำ ความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายนี้แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของหลุมดำที่มีมวลหกเท่าของดวงอาทิตย์นั้นมีค่าเท่ากับหนึ่งร้อยล้านองศา เป็นที่ชัดเจนว่าร่างกายที่เยือกเย็นนั้นไม่ได้แผ่รังสีอะไรเลยและข้อโต้แย้งทั้งหมดข้างต้นยังคงถูกต้อง อีกสิ่งหนึ่ง - หลุมขนาดเล็ก มันง่ายที่จะเห็นว่าด้วยมวล 10 14 -10 30 กรัมพวกมันถูกทำให้ร้อนถึงหมื่นองศาและเป็นสีขาวร้อน! อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตทันทีว่าไม่มีความขัดแย้งกับคุณสมบัติของหลุมดำ: รังสีนี้ถูกปล่อยออกมาจากชั้นเหนือทรงกลมชวาร์ซชิลด์และไม่ได้อยู่ต่ำกว่านั้น

ดังนั้น หลุมดำ ซึ่งดูเหมือนจะเป็นวัตถุที่ถูกแช่แข็งตลอดกาล ไม่ช้าก็เร็วก็หายไป และระเหยไป ยิ่งกว่านั้น เนื่องจากมัน "ลดน้ำหนัก" อัตราการระเหยจึงเพิ่มขึ้น แต่ก็ยังใช้เวลานานมาก คาดว่าหลุมขนาดเล็กที่มีน้ำหนัก 10 14 กรัมซึ่งปรากฏขึ้นทันทีหลังจากบิ๊กแบงเมื่อ 10-15 พันล้านปีก่อนน่าจะระเหยหมดสิ้นตามเวลาของเรา ในช่วงสุดท้ายของชีวิต อุณหภูมิจะสูงถึงค่ามหาศาล ดังนั้นผลิตภัณฑ์จากการระเหยจะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก เป็นไปได้ว่าพวกมันจะสร้างฝนในชั้นบรรยากาศกว้าง - EASs ในชั้นบรรยากาศของโลก ในกรณีใด ๆ ต้นกำเนิดของอนุภาคพลังงานสูงผิดปกติก็มีความสำคัญอีกประการหนึ่งและ ปัญหาที่น่าสนใจซึ่งอาจเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคำถามที่น่าสนใจไม่น้อยในฟิสิกส์ของหลุมดำ