Uzay araştırmaları hakkında popüler bilim filmleri yapmaya yönelik ilginin nispeten yakın zamanda artması nedeniyle, modern izleyici tekillik veya kara delik gibi fenomenler hakkında çok şey duymuştur. Bununla birlikte, filmler açıkça bu fenomenlerin tam doğasını ortaya çıkarmaz ve hatta bazen daha büyük etki için inşa edilmiş bilimsel teorileri çarpıtır. Bu nedenle pek çok sunum modern insanlar Bu fenomenler hakkında ya tamamen yüzeysel olarak ya da tamamen hatalı olarak. Ortaya çıkan sorunun çözümlerinden biri, mevcut araştırma sonuçlarını anlamaya çalışacağımız ve şu soruyu cevaplayacağımız bu makale - kara delik nedir?

1784'te İngiliz rahip ve doğa bilimci John Michell, Kraliyet Cemiyeti'ne yazdığı bir mektupta, ikinci kozmik hızın ışık hızını aşacağı kadar güçlü bir çekimsel çekime sahip varsayımsal bir kütleli cisimden ilk kez bahsetti. İkinci kozmik hız, nispeten küçük bir cismin bir gök cismi üzerindeki yerçekimi çekimini yenmek ve bu cismin etrafındaki kapalı yörüngeyi terk etmek için ihtiyaç duyacağı hızdır. Hesaplarına göre, Güneş yoğunluğuna ve 500 güneş yarıçapı yarıçapına sahip bir cismin yüzeyinde ışık hızına eşit ikinci bir kozmik hız olacaktır. Bu durumda, ışık bile böyle bir cismin yüzeyinden ayrılmayacaktır ve bu nedenle verilen beden sadece gelen ışığı emecek ve gözlemciye görünmez kalacaktır - karanlık uzayın arka planına karşı bir tür siyah nokta.

Bununla birlikte, Michell tarafından önerilen süper kütleli bir cisim kavramı, Einstein'ın çalışmasına kadar pek ilgi görmedi. İkincisinin ışık hızını, bilgi transferinin sınırlayıcı hızı olarak tanımladığını hatırlayın. Ayrıca Einstein, ışık hızına yakın hızlar için yerçekimi teorisini genişletti (). Sonuç olarak, Newton teorisini kara deliklere uygulamak artık geçerli değildi.

Einstein'ın denklemi

Kara deliklere genel göreliliğin uygulanmasının ve Einstein denklemlerinin çözülmesinin bir sonucu olarak, bir kara deliğin ana parametreleri ortaya çıktı, bunlardan sadece üçü var: kütle, elektrik şarjı ve açısal momentum. Temel bir monografi yaratan Hintli astrofizikçi Subramanyan Chandrasekhar'ın önemli katkısına dikkat edilmelidir: "Kara Deliklerin Matematiksel Teorisi".

Böylece, Einstein denklemlerinin çözümü dört seçenek için dört seçenekle temsil edilir. olası türler Kara delikler:

• Dönmesi ve yükü olmayan bir kara delik, Schwarzschild çözümüdür. Einstein'ın denklemlerini kullanan, ancak vücudun üç parametresinden ikisini hesaba katmayan bir kara deliğin (1916) ilk tanımlarından biri. Alman fizikçi Karl Schwarzschild'in çözümü, küresel bir kütleli cismin dış yerçekimi alanını hesaplamanıza izin veriyor. Alman bilim adamının kara delik kavramının bir özelliği, bir olay ufkunun ve onun arkasındaki ufkun varlığıdır. Schwarzschild ayrıca, belirli bir kütleye sahip bir cisim için olay ufkunun yerleştirileceği kürenin yarıçapını belirleyen, adını alan yerçekimi yarıçapını da hesapladı.
• Yüklü dönüşü olmayan bir kara delik Reisner-Nordström çözümüdür. Bir kara deliğin olası elektrik yükünü hesaba katarak 1916-1918'de ortaya atılan bir çözüm. Bu yük keyfi olarak büyük olamaz ve ortaya çıkan elektriksel itme nedeniyle sınırlıdır. İkincisi, yerçekimi çekimi ile telafi edilmelidir.
• Dönen ve yüksüz bir kara delik - Kerr'in çözümü (1963). Dönen bir Kerr kara deliği, ergosfer denilen şeyin varlığıyla statik olandan farklıdır (bu ve bir kara deliğin diğer bileşenleri hakkında daha fazla bilgi edinin).
• Dönme ve şarjlı BH - Kerr-Newman çözümü. Bu çözüm 1965 yılında hesaplanmıştır. şu anüç BH parametresini de hesaba kattığı için en eksiksiz olanıdır. Ancak yine de doğadaki kara deliklerin önemsiz bir yüke sahip olduğu varsayılmaktadır.

Bir kara deliğin oluşumu

Bir kara deliğin nasıl oluştuğu ve ortaya çıktığı hakkında, en ünlüsü, kütleçekimsel çöküşün bir sonucu olarak yeterli kütleye sahip bir yıldızın ortaya çıkması olan birkaç teori vardır. Böyle bir sıkıştırma, kütlesi üçten fazla güneş kütlesi olan yıldızların evrimini sonlandırabilir. Termonun sonunda nükleer reaksiyonlar bu tür yıldızların içinde hızla küçülerek süper yoğun bir yıldıza dönüşmeye başlarlar. Bir nötron yıldızının gazının basıncı yerçekimi kuvvetlerini telafi edemezse, yani yıldızın kütlesi sözde üstesinden gelir. Oppenheimer-Volkov sınırı, sonra çöküş devam eder ve maddenin büzülerek bir kara deliğe dönüşmesine neden olur.

Bir kara deliğin doğuşunu anlatan ikinci senaryo, protogalaktik gazın, yani bir galaksiye veya bir tür kümeye dönüşme aşamasında olan yıldızlararası gazın sıkıştırılmasıdır. Aynı yerçekimi kuvvetlerini telafi etmek için yetersiz iç basınç durumunda bir kara delik ortaya çıkabilir.

Diğer iki senaryo varsayımsal kalır:

• Sonuç olarak bir kara deliğin oluşumu - sözde. ilkel kara delikler.
• Yüksek enerjilerde nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak meydana gelir. Bu tür reaksiyonların bir örneği, çarpıştırıcılar üzerinde yapılan deneylerdir.

Kara deliklerin yapısı ve fiziği

Schwarzschild'e göre bir kara deliğin yapısı, daha önce bahsedilen sadece iki unsuru içerir: bir kara deliğin tekilliği ve olay ufku. Tekillikten kısaca bahsedecek olursak, içinden düz bir çizgi çekmenin imkansız olduğu ve ayrıca mevcut fizik teorilerinin çoğunun onun içinde çalışmadığı belirtilebilir. Böylece, tekilliğin fiziği bugün bilim adamları için bir gizem olmaya devam ediyor. Bir kara deliğin tanımı, fiziksel bir nesnenin sınırlarının ötesine geri dönme yeteneğini kaybettiği ve açık bir şekilde bir kara deliğin tekilliğine “düştüğü” belirli bir sınırdır.

Bir kara deliğin yapısı, Kerr çözümü durumunda, yani BH rotasyonunun varlığında biraz daha karmaşık hale gelir. Kerr'in çözümü, deliğin bir ergosfere sahip olduğunu ima ediyor. Ergosfer - olay ufkunun dışında bulunan ve içinde tüm cisimlerin kara deliğin dönüş yönünde hareket ettiği belirli bir alan. Bu alan henüz heyecan verici değil ve olay ufkunun aksine oradan ayrılmak mümkün. Ergosfer, muhtemelen, büyük kütlelerin etrafında dönen bir maddeyi temsil eden bir toplama diskinin bir tür analogudur. Statik bir Schwarzschild kara deliği bir kara küre olarak temsil edilirse, o zaman bir ergosferin varlığından dolayı Kerry kara deliği, eski zamanlarda çizimlerde kara delikler gördüğümüz şeklinde bir oblate elipsoid şekline sahiptir. filmler veya video oyunları.

• Bir kara deliğin ağırlığı ne kadardır? – Bir kara deliğin görünümüne ilişkin en büyük teorik malzeme, bir yıldızın çökmesi sonucu ortaya çıkması senaryosu için mevcuttur. Bu durumda, bir nötron yıldızının maksimum kütlesi ve bir kara deliğin minimum kütlesi, BH kütlesinin alt sınırının 2,5 - 3 güneş kütlesi olduğu Oppenheimer - Volkov sınırı ile belirlenir. Şimdiye kadar keşfedilen en ağır kara delik (NGC 4889 galaksisinde) 21 milyar güneş kütlesi kütlesine sahiptir. Bununla birlikte, çarpıştırıcılardaki gibi yüksek enerjilerdeki nükleer reaksiyonlardan varsayımsal olarak ortaya çıkan kara delikleri unutmamak gerekir. Bu tür kuantum kara deliklerin, diğer bir deyişle "Planck kara deliklerinin" kütlesi, 2 10 -5 g mertebesindedir.
• Kara delik boyutu. Minimum BH yarıçapı, minimum kütleden (2,5 – 3 güneş kütlesi) hesaplanabilir. Güneş'in yerçekimi yarıçapı, yani olay ufkunun olacağı alan yaklaşık 2.95 km ise, o zaman 3 güneş kütlesi BH'nin minimum yarıçapı yaklaşık dokuz kilometre olacaktır. Bu tür nispeten küçük boyutlar, etrafındaki her şeyi çeken büyük nesneler söz konusu olduğunda kafaya sığmaz. Ancak kuantum kara delikler için yarıçap -10 −35 m'dir.
• Bir kara deliğin ortalama yoğunluğu iki parametreye bağlıdır: kütle ve yarıçap. Kütlesi yaklaşık üç güneş kütlesi olan bir kara deliğin yoğunluğu yaklaşık 6 10 26 kg/m³ iken suyun yoğunluğu 1000 kg/m³'tür. Ancak bu kadar küçük kara delikler bilim adamları tarafından bulunamadı. Tespit edilen BH'lerin çoğu, 105 güneş kütlesinden daha büyük kütlelere sahiptir. Kara delik ne kadar büyükse yoğunluğunun o kadar düşük olduğuna göre ilginç bir model var. Bu durumda, kütlede 11 büyüklük mertebesi bir değişiklik, yoğunlukta 22 büyüklük mertebesi bir değişiklik gerektirir. Böylece, kütlesi 1 ·10 9 güneş kütlesi olan bir kara delik, altının yoğunluğundan bir eksik olan 18,5 kg/m³ yoğunluğa sahiptir. Ve kütlesi 10 10 güneş kütlesinden fazla olan kara delikler, havanın yoğunluğundan daha az ortalama yoğunluğa sahip olabilir. Bu hesaplamalara dayanarak, karadelik oluşumunun maddenin sıkışması nedeniyle değil, çok miktarda maddenin belirli bir hacimde birikmesi sonucu oluştuğunu varsaymak mantıklıdır. Kuantum kara delikler durumunda yoğunlukları yaklaşık 10 94 kg/m³ olabilir.
• Bir kara deliğin sıcaklığı da kütlesiyle ters orantılıdır. Bu sıcaklık ile doğrudan ilişkilidir. Bu radyasyonun spektrumu, tamamen siyah bir cismin, yani gelen tüm ışımayı emen bir cismin tayfı ile örtüşür. Bir kara cismin radyasyon spektrumu sadece sıcaklığına bağlıdır, o zaman bir kara deliğin sıcaklığı Hawking radyasyon spektrumundan belirlenebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi, bu radyasyon ne kadar güçlüyse, kara delik o kadar küçüktür. Aynı zamanda, Hawking radyasyonu henüz gökbilimciler tarafından gözlemlenmediği için varsayımsal olarak kalıyor. Bundan, Hawking radyasyonu varsa, gözlemlenen BH'lerin sıcaklığı o kadar düşüktür ki, belirtilen radyasyonu tespit etmeye izin vermez. Hesaplamalara göre, kütlesi Güneş'in kütlesi kadar olan bir deliğin sıcaklığı bile ihmal edilebilecek kadar küçüktür (1 10 -7 K veya -272°C). Kuantum kara deliklerin sıcaklığı yaklaşık 10 12 K'ye ulaşabilir ve hızlı buharlaşmalarıyla (yaklaşık 1.5 dakika), Bu tür BH'ler on milyon mertebesinde enerji yayabilir. atom bombaları. Ancak neyse ki, bu tür varsayımsal nesnelerin yaratılması, bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda elde edilenden 10 14 kat daha fazla enerji gerektirecektir. Ayrıca, bu tür fenomenler gökbilimciler tarafından hiç gözlemlenmedi.

CHD nelerden yapılmıştır?

Başka bir soru hem bilim adamlarını hem de sadece astrofiziğe düşkün olanları endişelendiriyor - bir kara delik nelerden oluşur? Herhangi bir kara deliği çevreleyen olay ufkunun ötesine bakmak mümkün olmadığı için bu sorunun tek bir cevabı yok. Ek olarak, daha önce belirtildiği gibi, bir kara deliğin teorik modelleri, bileşenlerinden sadece 3'ünü sağlar: ergosfer, olay ufku ve tekillik. Ergosferde yalnızca kara deliğin çektiği ve şimdi onun etrafında dönen nesnelerin - çeşitli kozmik cisimler ve kozmik gaz - olduğunu varsaymak mantıklıdır. Olay ufku, bir kez ötesine geçtiğinde, aynı kozmik cisimlerin geri dönülmez bir şekilde kara deliğin son ana bileşenine - tekilliğe doğru çekildiği ince, örtük bir sınırdır. Tekilliğin doğası bugün çalışılmamıştır ve bileşimi hakkında konuşmak için henüz çok erkendir.

Bazı varsayımlara göre, bir kara delik nötronlardan oluşabilir. Bir yıldızın bir nötron yıldızına sıkıştırılmasının bir sonucu olarak bir kara deliğin oluşum senaryosunu takip edersek, daha sonraki sıkıştırma ile, muhtemelen, kara deliğin ana kısmı, nötron yıldızı olan nötronlardan oluşur. kendisi oluşur. basit kelimelerle: Bir yıldız çöktüğünde, atomları, elektronların protonlarla birleşerek nötronları oluşturacak şekilde sıkıştırılır. Böyle bir tepkime doğada gerçekten olur, bir nötron oluşumuyla birlikte nötrino emisyonu meydana gelir. Ancak bunlar sadece tahmin.

Bir kara deliğe düşerseniz ne olur?

Astrofiziksel bir kara deliğe düşmek vücudun gerilmesine neden olur. Bir kara deliğe giden varsayımsal bir intihar astronotunu düşünün, ayakları önce uzay giysisinden başka bir şey giymez. Olay ufkunu geçen astronot, artık geri dönme fırsatı olmamasına rağmen herhangi bir değişiklik fark etmeyecektir. Bir noktada astronot, vücudunun deformasyonunun oluşmaya başlayacağı bir noktaya (olay ufkunun biraz gerisinde) ulaşacaktır. Bir kara deliğin yerçekimi alanı tekdüze olmadığından ve merkeze doğru artan bir kuvvet gradyanı ile temsil edildiğinden, astronotun bacakları, örneğin kafasından belirgin şekilde daha büyük bir yerçekimi etkisine maruz kalacaktır. Ardından, yerçekimi veya daha doğrusu gelgit kuvvetleri nedeniyle bacaklar daha hızlı “düşecektir”. Böylece, vücut yavaş yavaş uzamaya başlar. Bu fenomeni tanımlamak için, astrofizikçiler oldukça yaratıcı bir terim buldular - spagettifikasyon. Vücudun daha fazla gerilmesi, muhtemelen onu atomlara ayrıştıracak ve er ya da geç bir tekilliğe ulaşacaktır. Bir kişinin bu durumda nasıl hissedeceğini yalnızca tahmin edebilirsiniz. Vücudu germenin etkisinin kara deliğin kütlesi ile ters orantılı olduğunu belirtmekte fayda var. Yani, üç Güneş kütlesine sahip bir BH vücudu anında gerer/kırarsa, süper kütleli kara deliğin gelgit kuvvetleri daha düşük olacaktır ve bazı fiziksel malzemelerin yapılarını kaybetmeden böyle bir deformasyona “tahammül edebileceği” yönünde öneriler vardır.

Bildiğiniz gibi, büyük nesnelerin yakınında zaman daha yavaş akar, bu da bir intihar astronotunun zamanının dünyalılardan çok daha yavaş akacağı anlamına gelir. Bu durumda, belki de sadece arkadaşlarından değil, Dünya'nın kendisinden de uzun yaşayacak. Bir astronot için zamanın ne kadar yavaşlayacağını belirlemek için hesaplamalar gerekecek, ancak yukarıdan bakıldığında, astronotun kara deliğe çok yavaş düşeceği ve vücudunun başladığı anı göremeyecek kadar yaşayamayacağı varsayılabilir. deforme etmek.

Dışarıdaki bir gözlemci için olay ufkuna kadar uçan tüm cisimlerin görüntüleri kaybolana kadar bu ufkun kenarında kalacakları dikkat çekicidir. Bu fenomenin nedeni yerçekimi kırmızıya kaymadır. Biraz sadeleştirecek olursak, olay ufkunda "donmuş" bir intihar astronotunun vücuduna düşen ışığın, zamanının yavaşlaması nedeniyle frekansını değiştireceğini söyleyebiliriz. Zaman daha yavaş geçtikçe ışığın frekansı azalacak ve dalga boyu artacaktır. Bu fenomenin bir sonucu olarak, çıkışta, yani harici bir gözlemci için ışık yavaş yavaş düşük frekansa - kırmızıya doğru kayacaktır. İntihar astronotu, gözlemciden neredeyse fark edilmeden de olsa uzaklaştıkça ve zamanı giderek daha yavaş akarken, spektrum boyunca bir ışık kayması gerçekleşecektir. Böylece, vücudundan yansıyan ışık kısa sürede görünür spektrumun ötesine geçecek (görüntü kaybolacak) ve gelecekte astronotun vücudu sadece kızılötesi bölgede, daha sonra radyo frekansında yakalanabilecek ve sonuç olarak, radyasyon tamamen zor olacaktır.

Yukarıda yazılanlara rağmen, çok büyük süper kütleli karadeliklerde gelgit kuvvetlerinin mesafe ile çok fazla değişmediği ve düşen cisim üzerinde neredeyse üniform olarak hareket ettiği varsayılmaktadır. Bu durumda düşen uzay gemisi yapısını koruyacaktı. Makul bir soru ortaya çıkıyor - kara delik nereye gidiyor? Bu soru, bazı bilim adamlarının solucan delikleri ve kara delikler gibi iki fenomeni birbirine bağlayan çalışmalarıyla yanıtlanabilir.

1935'te, Albert Einstein ve Nathan Rosen, dikkate alarak, iki uzay-zaman noktasını ikincisinin önemli eğrilik yerlerinde - Einstein-Rosen köprüsünü birbirine bağlayan sözde solucan deliklerinin varlığı hakkında bir hipotez ortaya koydular. veya solucan deliği. Böylesine güçlü bir uzay eğriliği için, kara deliklerin mükemmel bir şekilde başa çıkacağı rolüyle devasa bir kütleye sahip bedenler gerekli olacaktır.

Einstein-Rosen Köprüsü, küçük ve kararsız olduğu için aşılmaz bir solucan deliği olarak kabul edilir.

Kara ve beyaz delikler teorisi içinde geçilebilir bir solucan deliği mümkündür. Beyaz deliğin kara deliğe düşen bilginin çıktısı olduğu yer. Beyaz delik, genel görelilik çerçevesinde tanımlanır, ancak bugün varsayımsal kalır ve keşfedilmemiştir. Amerikalı bilim adamları Kip Thorne ve yüksek lisans öğrencisi Mike Morris tarafından bir başka solucan deliği modeli önerildi. Bununla birlikte, Morris-Thorn solucan deliği durumunda olduğu gibi, kara ve beyaz delikler durumunda olduğu gibi, seyahat olasılığı, negatif enerjiye sahip ve aynı zamanda varsayımsal kalan sözde egzotik maddenin varlığını gerektirir.

Evrendeki kara delikler

Kara deliklerin varlığı nispeten yakın zamanda doğrulandı (Eylül 2015), ancak o zamandan önce kara deliklerin doğası hakkında birçok teorik materyalin yanı sıra bir kara deliğin rolü için birçok aday nesne vardı. Her şeyden önce, fenomenin doğası onlara bağlı olduğundan, kara deliğin boyutları dikkate alınmalıdır:

• yıldız kütleli kara delik. Bu tür nesneler bir yıldızın çökmesi sonucu oluşur. Daha önce de belirtildiği gibi, böyle bir kara delik oluşturabilecek bir cismin minimum kütlesi 2.5 - 3 güneş kütlesidir.
• Kara delikler orta ağırlıkta . koşullu ara tip gaz birikimleri, komşu bir yıldız (iki yıldızlı sistemlerde) ve diğer kozmik cisimler gibi yakındaki nesnelerin soğurulması nedeniyle büyüyen kara delikler.
• Süper kütleli kara delik. 10 5 -10 10 güneş kütlesine sahip kompakt nesneler. Ayırt edici özellikler Bu tür BH'ler, daha önce tartışılan zayıf gelgit kuvvetlerinin yanı sıra paradoksal olarak düşük yoğunlukludur. Samanyolu galaksimizin (Yay A*, Sgr A*) ve diğer birçok galaksinin merkezinde bulunan bu süper kütleli kara deliktir.

KKH için adaylar

En yakın kara delik veya daha doğrusu bir kara delik rolü için aday, Güneş'ten 3000 ışıkyılı uzaklıkta (galaksimizde) bulunan bir nesnedir (V616 Unicorn). İki bileşenden oluşur: kütlesi güneş kütlesinin yarısı olan bir yıldız ve kütlesi 3-5 güneş kütlesi olan görünmez bir küçük gövde. Bu nesnenin yıldız kütlesine sahip küçük bir kara delik olduğu ortaya çıkarsa, o zaman en yakın kara delik olacaktır.

Bu nesneden sonra en yakın ikinci kara delik, karadelik rolüne ilk aday olan Cyg X-1'dir (Cyg X-1). Uzaklığı yaklaşık 6070 ışıkyılıdır. Oldukça iyi çalışılmış: 14,8 güneş kütlesi kütlesine ve yaklaşık 26 km'lik bir olay ufku yarıçapına sahiptir.

Bazı kaynaklara göre, karadeliğin rolüne en yakın başka bir aday, 1999'daki tahminlere göre 1600 ışıkyılı uzaklıkta bulunan V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) yıldız sistemindeki bir cisim olabilir. Ancak daha sonraki çalışmalar bu mesafeyi en az 15 kat artırdı.

Galaksimizde kaç tane kara delik var?

Bu sorunun kesin bir cevabı yok, çünkü onları gözlemlemek oldukça zor ve gökyüzünün tüm çalışması sırasında bilim adamları Samanyolu içinde yaklaşık bir düzine kara delik tespit etmeyi başardılar. Hesaplamalara dalmadan, galaksimizde yaklaşık 100 - 400 milyar yıldız olduğunu ve her bininci yıldızın bir kara delik oluşturacak kadar kütleye sahip olduğunu not ediyoruz. Samanyolu'nun varlığı sırasında milyonlarca kara deliğin oluşmuş olması muhtemeldir. Dev kara delikleri kaydetmek daha kolay olduğu için, galaksimizdeki BH'lerin çoğunun süper kütleli olmadığını varsaymak mantıklıdır. NASA'nın 2005 yılındaki araştırmasının, galaksinin merkezinde yörüngede dönen tam bir kara delik sürüsünün (10-20 bin) varlığını öne sürmesi dikkat çekicidir. Buna ek olarak, 2016'da Japon astrofizikçiler nesnenin * yakınında büyük bir uydu keşfettiler - Samanyolu'nun çekirdeği olan bir kara delik. Bu cismin küçük yarıçapı (0.15 ışıkyılı) ve devasa kütlesi (100.000 güneş kütlesi) nedeniyle bilim adamları bu cismin de süper kütleli bir kara delik olduğunu öne sürüyorlar.

Galaksimizin çekirdeği, Samanyolu'nun kara deliği (Yay A *, Sgr A * veya Yay A *) süper kütlelidir ve 4.31 106 güneş kütlesi kütlesine ve 0.00071 ışıkyılı (6.25 ışık saati) yarıçapına sahiptir. veya 6.75 milyar km). Yay A*'nın etrafındaki küme ile birlikte sıcaklığı yaklaşık 1 10 7 K'dir.

En büyük kara delik

Bilim adamlarının evrende tespit edebildikleri en büyük kara delik, Dünya'dan 1,2·10 10 ışıkyılı uzaklıkta, S5 0014+81 galaksisinin merkezinde bulunan süper kütleli bir kara delik olan FSRQ blazar'dır. Swift uzay gözlemevi kullanılarak yapılan ön gözlem sonuçlarına göre, kara deliğin kütlesi 40 milyar (40 10 9) güneş kütlesiydi ve böyle bir deliğin Schwarzschild yarıçapı 118,35 milyar kilometre (0,013 ışıkyılı) idi. Ayrıca hesaplamalara göre 12,1 milyar yıl önce (Big Bang'den 1,6 milyar yıl sonra) ortaya çıkmıştır. Bu dev kara delik, etrafındaki maddeyi emmezse, o zaman karadeliklerin çağını görecek - Evrenin gelişimindeki dönemlerden biri, bu sırada kara deliklerin içinde hakim olacak. S5 0014+81 galaksisinin çekirdeği büyümeye devam ederse, Evrende var olacak son kara deliklerden biri olacak.

Bilinen diğer iki kara delik, isimlendirilmemiş olsa da, en yüksek değer kara deliklerin incelenmesi için, çünkü deneysel olarak varlıklarını doğruladılar ve yerçekimi çalışması için de önemli sonuçlar verdiler. İki kara deliğin bire çarpışması olarak adlandırılan GW150914 olayından bahsediyoruz. Bu etkinliğin kayıt olmasına izin verildi.

Kara deliklerin tespiti

Kara delikleri tespit etme yöntemlerini düşünmeden önce, şu soruya cevap verilmelidir - kara delik neden karadır? - bunun cevabı astrofizik ve kozmolojide derin bilgi gerektirmez. Gerçek şu ki, bir kara delik, üzerine düşen tüm radyasyonu emer ve varsayımı hesaba katmazsanız hiç yaymaz. Bu fenomeni daha ayrıntılı olarak ele alırsak, karadeliklerin içinde elektromanyetik radyasyon şeklinde enerji salınımına yol açan hiçbir süreç olmadığını varsayabiliriz. O zaman kara delik yayılırsa, o zaman Hawking spektrumundadır (bu, ısıtılmış, kesinlikle kara bir cismin spektrumuna denk gelir). Bununla birlikte, daha önce belirtildiği gibi, bu radyasyon tespit edilmedi, bu da tamamen düşük bir kara delik sıcaklığına işaret ediyor.

Genel olarak kabul edilen başka bir teori, elektromanyetik radyasyonun olay ufkunu terk etme yeteneğine sahip olmadığını söylüyor. Fotonların (ışık parçacıkları) büyük nesneler tarafından çekilmemesi muhtemeldir, çünkü teoriye göre kendilerinin kütlesi yoktur. Bununla birlikte, kara delik hala uzay-zamanın bozulması yoluyla ışığın fotonlarını "çekiyor". Uzayda bir kara deliği uzay-zamanın pürüzsüz yüzeyinde bir tür çöküntü olarak hayal edersek, kara deliğin merkezinden, ışığın artık ondan uzaklaşamayacağı belirli bir mesafe vardır. . Yani, kabaca konuşursak, ışık "dip" bile olmayan "çukura" "düşmeye" başlar.

Ek olarak, kütleçekimsel kırmızıya kaymanın etkisi göz önüne alındığında, bir karadelikteki ışığın frekansını kaybetmesi, spektrum boyunca düşük frekanslı uzun dalga radyasyon bölgesine kayması ve enerjiyi tamamen kaybetmesine kadar olasıdır.

Yani bir kara delik karadır ve bu nedenle uzayda tespit edilmesi zordur.

Algılama yöntemleri

Gökbilimcilerin bir kara deliği tespit etmek için kullandıkları yöntemleri düşünün:

Yukarıda bahsedilen yöntemlere ek olarak, bilim adamları genellikle kara delikler ve gibi nesneleri ilişkilendirir. Kuasarlar, Evrendeki en parlak astronomik nesneler arasında yer alan bazı kozmik cisimler ve gaz kümeleridir. Nispeten küçük boyutlarda yüksek bir lüminesans yoğunluğuna sahip olduklarından, bu nesnelerin merkezinin çevreleyen maddeyi kendine çeken süper kütleli bir kara delik olduğuna inanmak için sebepler var. Böylesine güçlü bir yerçekimi çekimi nedeniyle, çekilen madde o kadar ısıtılır ki yoğun bir şekilde yayılır. Bu tür nesnelerin tespiti genellikle bir kara deliğin tespiti ile karşılaştırılır. Bazen kuasarlar iki yönde ısıtılmış plazma jetleri yayabilir - göreceli jetler. Bu tür jetlerin (jet) ortaya çıkmasının nedenleri tam olarak açık değildir, ancak muhtemelen BH ve yığılma diskinin manyetik alanlarının etkileşiminden kaynaklanır ve doğrudan bir kara delik tarafından yayılmazlar.

M87 galaksisinde bir kara deliğin merkezinden çarpan bir jet

Yukarıdakileri özetlersek, yakından tasavvur edilebilir: Bu, çevresinde güçlü bir şekilde ısıtılan maddenin döndüğü ve parlak bir toplanma diski oluşturan küresel siyah bir nesnedir.

Kara deliklerin birleşmesi ve çarpışması

Astrofizikteki en ilginç olaylardan biri, bu tür devasa astronomik cisimleri tespit etmeyi de mümkün kılan kara deliklerin çarpışmasıdır. Bu tür süreçler sadece astrofizikçilerin ilgisini çekmez, çünkü fizikçiler tarafından yeterince incelenmemiş fenomenlerle sonuçlanırlar. en parlak örnek GW150914 adı verilen daha önce bahsedilen olay, iki kara deliğin karşılıklı çekim kuvveti sonucunda birleşerek birleşecek kadar çok yaklaşması olayıdır. Bu çarpışmanın önemli bir sonucu, yerçekimi dalgalarının ortaya çıkmasıydı.

Yerçekimi dalgalarının tanımına göre, bunlar kütlesel hareketli nesnelerden dalga benzeri bir şekilde yayılan yerçekimi alanındaki değişikliklerdir. Bu tür iki nesne birbirine yaklaştığında, ortak bir ağırlık merkezi etrafında dönmeye başlarlar. Birbirlerine yaklaştıkça kendi eksenleri etrafındaki dönüşleri artar. Bir noktada yerçekimi alanının bu tür değişken salınımları, uzayda milyonlarca ışıkyılı boyunca yayılabilen güçlü bir yerçekimi dalgası oluşturabilir. Böylece, 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta, 14 Eylül 2015'te Dünya'ya ulaşan ve LIGO ve VIRGO dedektörleri tarafından kaydedilen güçlü bir yerçekimi dalgası oluşturan iki kara deliğin çarpışması meydana geldi.

Kara delikler nasıl ölür?

Açıkçası, bir kara deliğin varlığının sona ermesi için tüm kütlesini kaybetmesi gerekir. Ancak onun tanımına göre, olay ufkunu geçen kara delikten hiçbir şey ayrılamaz. Sovyet teorik fizikçisi Vladimir Gribov'un bir başka Sovyet bilim adamı Yakov Zeldovich ile yaptığı tartışmada ilk kez bir kara delik tarafından parçacıkların emisyon olasılığından bahsettiği bilinmektedir. Kuantum mekaniği bakış açısından, bir kara deliğin tünel etkisi yoluyla parçacıklar yayma yeteneğine sahip olduğunu savundu. Daha sonra, kuantum mekaniğinin yardımıyla, kendi, biraz farklı teorisini, İngiliz teorik fizikçi Stephen Hawking'i kurdu. Bu fenomen hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz. Kısacası, boşlukta sürekli çiftler halinde doğan ve çevredeki dünyayla etkileşime girmeden birbirlerini yok eden sözde sanal parçacıklar vardır. Ancak bu tür çiftler kara deliğin olay ufkunda ortaya çıkarsa, o zaman güçlü yerçekimi varsayımsal olarak onları ayırabilir, bir parçacık kara deliğe düşer ve diğeri kara delikten uzaklaşır. Ve bir delikten uzaklaşan bir parçacık gözlemlenebildiğinden ve dolayısıyla pozitif enerjiye sahip olduğundan, bir deliğe düşen bir parçacık negatif enerjiye sahip olmalıdır. Böylece kara delik enerjisini kaybedecek ve kara delik buharlaşması denen bir etki oluşacaktır.

Bir kara deliğin mevcut modellerine göre, daha önce de belirtildiği gibi, kütlesi azaldıkça radyasyonu daha yoğun hale gelir. Daha sonra, bir kara deliğin varlığının son aşamasında, bir kuantum kara deliğin boyutuna indirilebildiği zaman, binlerce hatta binlerce eşdeğer olabilen radyasyon şeklinde çok büyük miktarda enerji salacaktır. milyonlarca atom bombası. Bu olay, aynı bomba gibi bir kara deliğin patlamasını biraz andırıyor. Hesaplamalara göre ilkel kara delikler Büyük Patlama sonucunda doğmuş olabilir ve kütlesi 10 12 kg civarında olan karadeliklerin çağımızda buharlaşıp patlaması gerekirdi. Öyle olsa bile, bu tür patlamalar gökbilimciler tarafından hiç görülmedi.

Hawking'in kara deliklerin yok edilmesi için önerdiği mekanizmaya rağmen, Hawking radyasyonunun özellikleri kuantum mekaniği çerçevesinde bir paradoksa neden olur. Bir kara delik bir cismi emerse ve sonra bu cismin emilmesinden kaynaklanan kütleyi kaybederse, cismin doğası ne olursa olsun, kara delik cismin emilmesinden önceki halinden farklı olmayacaktır. Bu durumda, vücut hakkındaki bilgiler sonsuza kadar kaybolur. Teorik hesaplamalar açısından, ilk saf durumun sonuçtaki karışık ("termal") duruma dönüştürülmesi, mevcut kuantum mekaniği teorisine karşılık gelmez. Bu paradoks bazen bir kara delikte bilginin kaybolması olarak adlandırılır. Bu paradoksa gerçek bir çözüm hiçbir zaman bulunamadı. Paradoksu çözmek için bilinen seçenekler:

• Hawking'in teorisinin tutarsızlığı. Bu, kara deliği ve sürekli büyümesini yok etmenin imkansızlığını gerektirir.
• Beyaz deliklerin varlığı. Bu durumda, emilen bilgi kaybolmaz, sadece başka bir Evrene atılır.
• Kuantum mekaniğinin genel kabul görmüş teorisinin tutarsızlığı.

Kara delik fiziğinin çözülmemiş sorunu

Daha önce açıklanan her şeye bakılırsa, kara delikler, nispeten uzun bir süre çalışılmış olmalarına rağmen, mekanizmaları hala bilim adamları tarafından bilinmeyen birçok özelliğe sahiptir.

• 1970 yılında, bir İngiliz bilim adamı sözde formüle etti. "kozmik sansür ilkesi" - "Doğa çıplak tekillikten nefret eder." Bu, tekilliğin yalnızca bir kara deliğin merkezi gibi görüşten gizlenen yerlerde oluştuğu anlamına gelir. Ancak bu ilke henüz kanıtlanmamıştır. "Çıplak" bir tekilliğin oluşabileceğine göre teorik hesaplamalar da vardır.
• Karadeliklerin sadece üç parametreye sahip olduğu “kılsızlık teoremi” de kanıtlanmamıştır.
• Kara delik manyetosferinin tam bir teorisi geliştirilmemiştir.
• Kütleçekimsel tekilliğin doğası ve fiziği çalışılmamıştır.
• Bir kara deliğin varlığının son aşamasında ne olduğu ve kuantum bozunmasından sonra geriye ne olduğu kesin olarak bilinmemektedir.

Kara delikler hakkında ilginç gerçekler

Yukarıdakileri özetleyerek, birkaç ilginç ve olağandışı özellikler kara deliklerin doğası:

• Kara deliklerin yalnızca üç parametresi vardır: kütle, elektrik yükü ve açısal momentum. Bu cismin bu kadar az sayıda özelliğinin bir sonucu olarak, bunu ifade eden teoreme "saçsızlık teoremi" denir. "Bir kara deliğin saçı yoktur" tabiri de buradan gelmektedir, yani iki karadelik kesinlikle aynıdır, bahsedilen üç parametresi aynıdır.
• Kara deliklerin yoğunluğu havanın yoğunluğundan daha az olabilir ve sıcaklık mutlak sıfıra yakındır. Bundan, bir karadeliğin oluşumunun maddenin sıkıştırılması nedeniyle değil, belirli bir hacimde çok miktarda maddenin birikmesi sonucu meydana geldiğini varsayabiliriz.
• Kara delikler tarafından emilen cisimler için zaman, harici bir gözlemciye göre çok daha yavaş ilerler. Ek olarak, absorbe edilen cisimler, bilim adamları tarafından spagettifikasyon olarak adlandırılan kara deliğin içinde önemli ölçüde gerilir.
• Galaksimizde yaklaşık bir milyon kara delik olabilir.
• Muhtemelen her galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik vardır.
• Gelecekte, teorik modele göre, Evren, kara deliklerin Evrendeki baskın cisimler haline geleceği sözde kara delikler çağına ulaşacaktır.

Kara delikler, karanlık madde, karanlık madde... Bunlar kuşkusuz uzaydaki en tuhaf ve en gizemli nesnelerdir. Tuhaf özellikleri, evrendeki fizik yasalarına ve hatta mevcut gerçekliğin doğasına meydan okuyabilir. Kara deliklerin ne olduğunu anlamak için bilim adamları “yerleri değiştirmeyi” teklif ediyor, kutunun dışında düşünmeyi öğreniyor ve biraz hayal gücü uyguluyor. Kara delikler, boşlukta büyük bir kütlenin yoğunlaştığı bir uzay bölgesi olarak tanımlanabilecek süper kütleli yıldızların çekirdeklerinden oluşur ve oradaki yerçekimi çekiminden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz. Bu, ikinci uzay hızının ışık hızını aştığı alandır: Ve hareket eden nesne ne kadar büyükse, yerçekiminden kurtulmak için o kadar hızlı hareket etmelidir. Bu ikinci kaçış hızı olarak bilinir.

Collier Ansiklopedisi, karadeliği, maddenin, ışığın veya diğer bilgi taşıyıcılarının onu terk edemeyecek kadar güçlü olduğu, maddenin tamamen kütleçekimsel çöküşünün bir sonucu olarak ortaya çıkan uzayda bir bölge olarak adlandırır. Bu nedenle, bir kara deliğin içi, evrenin geri kalanıyla nedensel olarak ilgisizdir; bir kara deliğin içinde meydana gelen fiziksel süreçler, onun dışındaki süreçleri etkileyemez. Bir kara delik, tek yönlü bir zar özelliğine sahip bir yüzeyle çevrilidir: madde ve radyasyon, onun içinden kara deliğe serbestçe düşer, ancak ondan hiçbir şey kaçamaz. Bu yüzeye "olay ufku" denir.

keşif geçmişi

Genel görelilik (1915'te Einstein tarafından önerilen yerçekimi teorisi) ve diğerleri tarafından tahmin edilen kara delikler daha fazladır. modern teoriler yerçekimi, 1939'da R. Oppenheimer ve H. Snyder tarafından matematiksel olarak doğrulandı. Ancak bu nesnelerin çevresindeki uzay ve zamanın özellikleri o kadar sıra dışıydı ki, gökbilimciler ve fizikçiler onları 25 yıl ciddiye almadılar. Ancak 1960'ların ortalarındaki astronomik keşifler, bizi kara deliklere olası bir fiziksel gerçeklik olarak bakmaya zorladı. Yeni keşifler ve keşifler, uzay ve zaman anlayışımızı kökten değiştirebilir ve milyarlarca kozmik gizeme ışık tutabilir.

Kara deliklerin oluşumu

Termonükleer reaksiyonlar yıldızın iç kısmında gerçekleşirken, yüksek sıcaklık ve basıncı koruyarak yıldızın kendi yerçekiminin etkisi altında çökmesini engeller. Ancak zamanla nükleer yakıt tükenir ve yıldız küçülmeye başlar. Hesaplamalar, bir yıldızın kütlesi üç güneş kütlesini geçmezse, "yerçekimi ile savaş"ı kazanacağını gösteriyor: kütleçekimsel çöküşü, "yozlaşmış" maddenin basıncıyla durdurulacak ve yıldız sonsuza dek bir yıldıza dönüşecek. beyaz cüce veya nötron yıldızı. Ancak bir yıldızın kütlesi üç güneşten fazlaysa, o zaman hiçbir şey onun feci çöküşünü durduramaz ve hızla olay ufkunun altına girerek bir kara delik haline gelir.

Kara delik bir çörek deliği midir?

Işık yaymayan bir şeyi görmek kolay değildir. Bir kara delik aramanın bir yolu, içindeki bölgeleri aramaktır. boş alan büyük bir kütleye sahip olan ve karanlık bir boşlukta bulunan. Bu tür nesneleri ararken, gökbilimciler onları iki ana alanda buldular: gökadaların merkezlerinde ve Gökadamızdaki ikili yıldız sistemlerinde. Toplamda, bilim adamlarının önerdiği gibi, on milyonlarca bu tür nesne var.

Şu anda, bir kara deliği başka bir nesne türünden ayırt etmenin tek güvenilir yolu, nesnenin kütlesini ve boyutunu ölçmek ve yarıçapını onunla karşılaştırmaktır.

Er ya da geç astronomi ile tanışan her insan, evrendeki en gizemli nesneler olan kara delikler hakkında güçlü bir merak duyar. Bunlar, yakınlardan geçen herhangi bir atomu "yutabilen" ve ışığın bile kaçmasına izin vermeyen, karanlığın gerçek efendileridir - çekimleri çok güçlüdür. Bu nesneler fizikçiler ve gökbilimciler için gerçek bir meydan okuma sunuyor. İlki kara deliğin içine düşen maddeye ne olduğunu hala anlayamıyor ve ikincisi, uzayın en enerji yoğun fenomenini kara deliklerin varlığıyla açıklamalarına rağmen, hiçbirini gözlemleme fırsatı bulamamışlar. direkt olarak. Bu en ilginç gök cisimleri hakkında konuşacağız, daha önce keşfedilenleri ve gizlilik perdesini kaldırmak için bilinmeyenleri öğreneceğiz.

Kara delik nedir?

"Kara delik" adı (İngilizce - kara delik) 1967'de Amerikalı teorik fizikçi John Archibald Wheeler tarafından önerildi (soldaki fotoğrafa bakın). Çekiciliği o kadar güçlü olan bir gök cismi belirlemeye hizmet etti, ışık bile kendini bırakmadı. Bu nedenle ışık yaymadığı için "siyah"tır.

dolaylı gözlemler

Bu gizemin nedeni budur: kara delikler parlamadığından, onları doğrudan göremiyoruz ve varlıklarının çevredeki uzayda kaldığına dair yalnızca dolaylı kanıtları kullanarak onları aramaya ve incelemeye zorlanıyoruz. Başka bir deyişle, bir kara delik bir yıldızı yutarsa, kara deliği göremeyiz, ancak güçlü yerçekimi alanının yıkıcı etkilerini gözlemleyebiliriz.

Laplace'ın sezgisi

Yerçekimi etkisi altında kendi içine çöken bir yıldızın evriminin varsayımsal son aşamasına atıfta bulunan "kara delik" ifadesinin nispeten yakın zamanda ortaya çıkmasına rağmen, bu tür cisimlerin var olma olasılığı fikri ortaya çıktı. iki yüzyıldan fazla bir süre önce. İngiliz John Michell ve Fransız Pierre-Simon de Laplace bağımsız olarak "görünmez yıldızların" varlığını varsaydılar; alışılmış dinamik yasalarına ve hukuka dayanırken yer çekimi Newton. Bugün kara delikler kendi doğru açıklama temelli genel teori Einstein'ın göreliliği.

Laplace, An Account of the System of the World (1796) adlı çalışmasında şöyle yazıyordu: Parlak yıldız Dünya ile aynı yoğunluğa sahip, çapı Güneş'in 250 katı olan kütle çekim kuvveti nedeniyle ışık ışınlarının bize ulaşmasına izin vermez. Bu nedenle, en büyük ve en parlak gök cisimlerinin bu nedenle görünmez olması mümkündür.

yenilmez yerçekimi

Laplace'ın fikri kaçış hızı (ikinci kozmik hız) kavramına dayanıyordu. Bir kara delik o kadar yoğun bir nesnedir ki, çekimi doğadaki en yüksek hızı (neredeyse 300.000 km / s) geliştiren ışığı bile tutabilir. Pratikte bir kara delikten kaçmak için ışık hızından daha hızlı bir hıza ihtiyacınız var ama bu imkansız!

Bu, bu tür bir yıldızın görünmez olacağı anlamına gelir, çünkü ışık bile güçlü yerçekiminin üstesinden gelemez. Einstein bu gerçeği, yerçekimi alanının etkisi altında ışığın sapması olgusuyla açıkladı. Gerçekte, bir kara deliğin yakınında, uzay-zaman o kadar eğridir ki, ışık ışınlarının yolları da kendilerini kapatır. Güneş'i kara deliğe dönüştürmek için tüm kütlesini 3 km yarıçaplı bir topta yoğunlaştırmamız gerekecek ve Dünya'nın 9 mm yarıçaplı bir topa dönüşmesi gerekecek!

kara delik türleri

Yaklaşık on yıl önce, gözlemler iki tür kara deliğin varlığını önerdi: kütlesi Güneş'in kütlesiyle karşılaştırılabilir veya onu biraz aşan yıldız ve kütlesi birkaç yüz bin ila milyonlarca güneş kütlesi olan süper kütleli. Bununla birlikte, nispeten yakın zamanda, yüksek çözünürlüklü X-ışını görüntüleri ve spektrumları ile elde edildi. yapay uydular"Chandra" ve "HMM-Newton" gibi, Güneş'in kütlesini binlerce kez aşan, ortalama büyüklükte bir kütleye sahip olan üçüncü tür karadeliği ön plana çıkardı.

yıldız kara delikler

Yıldız kara delikleri diğerlerinden daha önce biliniyordu. sonunda yüksek kütleli bir yıldız oluştuğunda oluşurlar. evrimsel yol nükleer yakıtı biter ve kendi yerçekimi nedeniyle kendi içine çöker. Yıldızları parçalayan bir patlama (bu fenomen "süpernova patlaması" olarak bilinir) feci sonuçlara yol açar: Bir yıldızın çekirdeği Güneş'in kütlesini 10 kattan fazla aşarsa, nükleer güç bir kara deliğe neden olacak yerçekimi çöküşüne dayanamaz.

Süper kütleli kara delikler

İlk olarak bazı aktif galaksilerin çekirdeklerinde görülen süper kütleli kara delikler farklı bir kökene sahiptir. Doğumlarıyla ilgili birkaç hipotez var: Etrafındaki tüm yıldızları milyonlarca yıldır silip süpüren bir yıldız kara delik; birleştirilmiş bir kara delik kümesi; doğrudan bir kara deliğe çöken devasa bir gaz bulutu. Bu kara delikler uzaydaki en enerjik nesneler arasındadır. Hepsi olmasa da pek çok galaksinin merkezinde bulunurlar. Galaksimizin de böyle bir kara deliği var. Bazen böyle bir kara deliğin varlığı nedeniyle bu galaksilerin çekirdekleri çok parlak hale gelir. Merkezde kara delikler bulunan, büyük miktarda düşen madde ile çevrili ve bu nedenle muazzam miktarda enerji üretebilen galaksilere "aktif", çekirdeklerine "aktif galaktik çekirdekler" (AGN) denir. Örneğin, kuasarlar (bizden gözlemlediğimiz en uzak uzay nesneleri), sadece çok parlak bir çekirdek gördüğümüz aktif galaksilerdir.

Orta ve "mini"

Son araştırmalara göre, M13 ve NCC 6388 gibi bazı küresel kümelerin merkezinde olabilecek orta kütleli kara delikler başka bir gizem olarak kaldı. Birçok gökbilimci bu nesneler hakkında şüpheci, ancak bazıları son araştırma galaksimizin merkezinin yakınında bile orta büyüklükteki kara deliklerin varlığını düşündürür. İngiliz fizikçi Stephen Hawking ayrıca dördüncü tip kara deliğin - yalnızca bir milyar tonluk (yaklaşık olarak büyük bir dağın kütlesine eşit) kütleye sahip bir "mini delik" - varlığı hakkında teorik bir varsayım ortaya koydu. Hakkında birincil nesneler hakkında, yani, baskının hala çok yüksek olduğu Evrenin yaşamının ilk anlarında ortaya çıkanlar. Ancak henüz varlıklarına dair bir iz bulunamadı.

kara delik nasıl bulunur

Sadece birkaç yıl önce, kara delikler üzerinde bir ışık yandı. Sürekli gelişen araçlar ve teknolojiler (hem karasal hem de uzay) sayesinde bu nesneler giderek daha az gizemli hale geliyor; daha doğrusu, onları çevreleyen alan daha az gizemli hale gelir. Gerçekten de, kara deliğin kendisi görünmez olduğundan, onu ancak küçük bir mesafede yörüngesinde dönen yeterince madde (yıldızlar ve sıcak gaz) ile çevriliyse tanıyabiliriz.

Çift sistemleri izlemek

Görünmez bir yoldaşın etrafındaki bir yıldızın yörünge hareketini gözlemleyerek bazı yıldız kara delikleri keşfedildi. çift ​​sistem. Yoldaşlardan birinin görünmez olduğu yakın ikili sistemler (yani birbirine çok yakın iki yıldızdan oluşan), kara delikler arayan astrofizikçiler için favori bir gözlem nesnesidir.

Bir kara deliğin (veya nötron yıldızının) varlığının bir göstergesi, şematik olarak aşağıdaki gibi tanımlanabilen karmaşık bir mekanizmanın neden olduğu güçlü X-ışınları emisyonudur. Güçlü yerçekimi nedeniyle bir kara delik, eşlik eden bir yıldızdan madde koparabilir; bu gaz düz bir disk şeklinde dağılır ve bir spiral halinde kara deliğin içine düşer. Düşen gaz parçacıklarının çarpışmasından kaynaklanan sürtünme, diskin iç katmanlarını birkaç milyon dereceye kadar ısıtır ve bu da güçlü X-ışını emisyonuna neden olur.

içinde gözlemler röntgen

Galaksimizde ve komşu galaksilerde onlarca yıldır gerçekleştirilen X-ışınlarındaki gözlemler, yaklaşık bir düzinesi kara delik adayları içeren sistemler olan kompakt ikili kaynakları tespit etmeyi mümkün kıldı. Asıl sorun, görünmez bir gök cismi kütlesini belirlemektir. Kütlenin değeri (çok doğru olmasa da) refakatçinin hareketini inceleyerek veya çok daha zor olan yoğunluğu ölçerek bulunabilir. röntgen radyasyonu düşen madde Bu yoğunluk, bu maddenin üzerine düştüğü vücudun kütlesi ile bir denklem ile bağlanır.

Nobel ödüllü

Benzer bir şey, karadeliğe düşen gazın yörünge hızları ölçülerek kütleleri tahmin edilen birçok galaksinin çekirdeğinde gözlemlenen süper kütleli kara delikler için de söylenebilir. Bu durumda, çok büyük bir nesnenin güçlü bir yerçekimi alanının neden olduğu, galaksilerin merkezinde dönen gaz bulutlarının hızındaki hızlı bir artış, radyo aralığındaki ve optik ışınlardaki gözlemlerle ortaya çıkar. X-ışını aralığındaki gözlemler, maddenin kara deliğe düşmesinin neden olduğu artan enerji salınımını doğrulayabilir. 1960'ların başında X-ışınları üzerine araştırmalar ABD'de çalışan İtalyan Riccardo Giacconi tarafından başlatıldı. 2002 yılında "astrofiziğe uzayda X-ışını kaynaklarının keşfine yol açan çığır açan katkıları" nedeniyle Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Cygnus X-1: ilk aday

Galaksimiz, kara delik adayı nesnelerin varlığından bağışık değildir. Neyse ki, bu nesnelerin hiçbiri bize Dünya'nın varlığına tehlike oluşturacak kadar yakın değil veya Güneş Sistemi. Rağmen çok sayıda dikkat çeken kompakt X-ışını kaynakları (ve bunlar orada kara delikler bulmak için en olası adaylardır), aslında kara delikler içerdiklerinden emin değiliz. Bu kaynaklar arasında yer almayan tek alternatif versiyon, yakın ikili Cygnus X-1'dir, yani Kuğu takımyıldızındaki en parlak X-ışını kaynağıdır.

büyük yıldızlar

5,6 günlük bir yörünge periyoduna sahip olan bu sistem, çok parlak mavi bir yıldızdan oluşmaktadır. büyük beden(çapı güneşten 20 kat daha büyük ve kütlesi yaklaşık 30 kat), teleskopunuzda bile kolayca ayırt edilebilen ve kütlesi birkaç güneş kütlesinde (10'a kadar) tahmin edilen görünmez bir ikinci yıldız. Bizden 6500 ışıkyılı uzaklıkta bulunan ikinci yıldız, sıradan bir yıldız olsaydı mükemmel bir şekilde görülebilirdi. Görünmezliği, sistemin güçlü X-ışınları ve nihayet kütle tahmini, çoğu astronomun, bunun bir yıldız kara deliğinin ilk doğrulanmış keşfi olduğuna inanmasına neden oluyor.

şüpheler

Ancak, şüpheciler de var. Bunların arasında kara deliklerin en büyük araştırmacılarından biri olan fizikçi Stephen Hawking de var. Hatta Cygnus X-1'in kara delik olarak sınıflandırılmasının güçlü bir destekçisi olan Amerikalı meslektaşı Keel Thorne ile iddiaya girdi.

Cygnus X-1 nesnesinin doğası hakkındaki tartışma, Hawking'in tek iddiası değil. Birkaç dokuz yıl adadıktan sonra teorik araştırma kara delikler, bu gizemli nesneler hakkındaki önceki fikirlerinin yanlışlığına ikna oldu.Özellikle, Hawking, bir kara deliğe düştükten sonra maddenin sonsuza dek yok olduğunu ve bununla birlikte tüm bilgi yükünün ortadan kalktığını varsayıyordu. Bundan o kadar emindi ki 1997 yılında Amerikalı meslektaşı John Preskill ile bu konuda bahse girdi.

Hatayı kabul etmek

21 Temmuz 2004'te Dublin'deki Görelilik Kongresi'nde yaptığı konuşmada Hawking, Preskill'in haklı olduğunu kabul etti. Kara delikler yol açmaz tamamen kaybolma maddeler. Ayrıca, belirli bir tür "hafızaya" sahiptirler. İçlerinde, emdikleri şeylerin izleri saklanabilir. Böylece “buharlaşarak” (yani kuantum etkisinden dolayı yavaş yavaş radyasyon yayarak) bu bilgiyi Evrenimize geri döndürebilirler.

Galaksideki kara delikler

Gökbilimciler, Galaksimizde (Cygnus X-1 ikili sistemine ait olan gibi) yıldız kara deliklerin varlığı hakkında hala birçok şüpheye sahipler; ancak süper kütleli kara delikler hakkında çok daha az şüphe var.

Merkezinde

Galaksimizde en az bir süper kütleli kara delik var. Yay A* olarak bilinen kaynağı, tam olarak Samanyolu düzleminin merkezinde yer almaktadır. Adı, Yay takımyıldızındaki en güçlü radyo kaynağı olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. Galaktik sistemimizin hem geometrik hem de fiziksel merkezleri bu yöndedir. Bizden yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan, radyo dalgalarının kaynağı olan Sagittarius A * ile ilişkili süper kütleli bir kara delik, hacmi yaklaşık 4 milyon güneş kütlesi olarak tahmin edilen bir kütleye sahiptir ve hacmi Dünya ile karşılaştırılabilir bir uzayda kapatılmıştır. güneş sisteminin hacmi. Bize görece yakınlığı (bu süper kütleli kara delik şüphesiz Dünya'ya en yakın olanıdır), nesnenin son yıllarda Chandra uzay gözlemevi tarafından özellikle derin inceleme altına alınmasına neden oldu. Özellikle, aynı zamanda güçlü bir X-ışınları kaynağı olduğu ortaya çıktı (ancak aktif galaktik çekirdeklerdeki kaynaklar kadar güçlü değil). Yay A*, milyonlarca veya milyarlarca yıl önce Galaksimizin aktif çekirdeğinin hareketsiz kalıntısı olabilir.

İkinci kara delik mi?

Ancak bazı gökbilimciler, Galaksimizde başka bir sürpriz olduğuna inanıyor. Bir genç yıldız kümesini bir arada tutan ve Galaksinin merkezinde bulunan süper kütleli bir kara deliğe düşmelerine izin vermeyen, ortalama kütleye sahip ikinci bir kara delikten bahsediyoruz. Nasıl olur da ondan bir ışık yılından daha az bir uzaklıkta, yaşı ancak 10 milyon yıla ulaşmış, yani astronomik standartlara göre çok genç bir yıldız kümesi olabilir? Araştırmacılara göre cevap, kümenin orada doğmadığı (merkezi kara deliğin etrafındaki ortam yıldız oluşumu için çok düşmanca), ancak içeride ikinci bir kara deliğin varlığı nedeniyle oraya “çekildiği” gerçeğinde yatıyor. bir ortalama değerler kütlesine sahip olan o.

Yörüngede

Süper kütleli kara deliğin çektiği kümenin bireysel yıldızları, galaktik merkeze doğru kaymaya başladı. Ancak, kümenin merkezinde bulunan ikinci bir kara deliğin çekimi nedeniyle uzaya dağılmak yerine bir arada kalırlar. Bu kara deliğin kütlesi, tüm bir yıldız kümesini "tasma üzerinde" tutma yeteneğinden tahmin edilebilir. Orta büyüklükte bir kara delik, yaklaşık 100 yıl içinde merkezi kara deliğin etrafında dönüyor gibi görünüyor. Bu, uzun yıllar boyunca uzun vadeli gözlemlerin onu "görmemize" izin vereceği anlamına gelir.

Kara delikler, yerçekimi ile ışığı çekebilen tek kozmik cisimlerdir. Aynı zamanda evrendeki en büyük nesnelerdir. Yakın zamanda olay ufkunun ("geri dönüşü olmayan nokta" olarak bilinir) yakınında neler olduğunu bilmemiz olası değil. Bunlar, onlarca yıllık araştırmaya rağmen şimdiye kadar çok az şey bilinen dünyamızın en gizemli yerleridir. Bu makale, en ilgi çekici olarak adlandırılabilecek 10 gerçek içeriyor.

Kara delikler maddeyi emmez.

Birçok insan kara deliği çevreleyen alanı çeken bir tür "kozmik elektrikli süpürge" olarak düşünür. Aslında kara delikler, olağanüstü güçlü bir yerçekimi alanına sahip sıradan kozmik nesnelerdir.

Güneş'in yerinde aynı büyüklükte bir kara delik ortaya çıksa, Dünya içe doğru çekilmez, bugünkü yörüngesinde dönerdi. Kara deliklerin yakınında bulunan yıldızlar, kütlelerinin bir kısmını yıldız rüzgarı şeklinde kaybeder (bu, herhangi bir yıldızın varlığı sırasında olur) ve kara delikler sadece bu maddeyi emer.

Kara deliklerin varlığı Karl Schwarzschild tarafından tahmin edildi.

Karl Schwarzschild, Einstein'ın genel görelilik teorisini "dönüşü olmayan bir nokta"nın varlığını haklı çıkarmak için uygulayan ilk kişiydi. Einstein'ın kendisi kara delikler hakkında düşünmedi, ancak teorisi onların varlığını tahmin etmeyi mümkün kıldı.

Schwarzschild önerisini 1915'te, Einstein'ın genel görelilik kuramını yayınlamasından hemen sonra yaptı. İşte o zaman "Schwarzschild yarıçapı" terimi ortaya çıktı, size bir nesneyi kara delik yapmak için ne kadar sıkıştırmanız gerektiğini söyleyen bir değer.

Teorik olarak, her şey bir kara deliğe dönüşebilir. yeterli sıkıştırma. Nesne ne kadar yoğunsa, yarattığı yerçekimi alanı o kadar güçlü olur. Örneğin, yer fıstığı büyüklüğünde bir cismin kütlesi olsaydı, Dünya bir kara delik olurdu.

Kara delikler yeni evrenler doğurabilir

Kara deliklerin yeni evrenler yaratabileceği fikri saçma görünüyor (özellikle diğer evrenlerin varlığından hala emin olmadığımız için). Bununla birlikte, bu tür teoriler bilim adamları tarafından aktif olarak geliştirilmektedir.

Bu teorilerden birinin çok basitleştirilmiş bir versiyonu aşağıdaki gibidir. Dünyamız, içinde yaşamın ortaya çıkması için son derece elverişli koşullara sahiptir. Fiziksel sabitlerden herhangi biri birazcık bile değişseydi, bu dünyada olmazdık. Kara deliklerin tekilliği, olağan fizik yasalarını geçersiz kılar ve (en azından teoride) bizimkinden farklı olacak yeni bir evrene yol açabilir.

Kara delikler sizi (ve her şeyi) spagettiye dönüştürebilir

Kara delikler, kendilerine yakın olan nesneleri gererler. Bu nesneler spagetti'ye benzemeye başlar (özel bir terim bile vardır - "spagettileştirme").

Bunun nedeni yerçekiminin çalışma şeklidir. Şu anda ayaklarınız Dünya'nın merkezine kafanızdan daha yakın, bu yüzden daha güçlü bir şekilde çekiliyorlar. Bir kara deliğin yüzeyinde yerçekimi farkı size karşı işlemeye başlar. Bacaklar kara deliğin merkezine daha hızlı ve daha hızlı çekilir, böylece gövdenin üst yarısı onlara ayak uyduramaz. Sonuç: spagettileşme!

Kara delikler zamanla buharlaşır

Kara delikler sadece yıldız rüzgarını emmekle kalmaz, aynı zamanda buharlaşır. Bu fenomen 1974'te keşfedildi ve Hawking radyasyonu olarak adlandırıldı (keşfi yapan Stephen Hawking'den sonra).

Zamanla kara delik, bu radyasyonla birlikte tüm kütlesini çevresindeki uzaya verebilir ve ortadan kaybolabilir.

Kara delikler etraflarındaki zamanı yavaşlatır

Olay ufkuna yaklaştıkça zaman yavaşlar. Bunun neden olduğunu anlamak için “ikiz paradoksa” dönmeliyiz, Düşünce deneyi, genellikle Einstein'ın genel görelilik teorisinin temellerini göstermek için kullanılır.

İkiz kardeşlerden biri Dünya'da kalırken diğeri ışık hızında uzay yolculuğuna çıkar. Dünya'ya dönen ikiz, erkek kardeşinin kendisinden daha fazla yaşlandığını keşfeder, çünkü ışık hızına yakın bir hızda hareket ederken zaman daha yavaş geçer.

Bir kara deliğin olay ufkuna yaklaştıkça o kadar hızlı hareket edeceksiniz ki zaman sizin için yavaşlayacaktır.

Kara delikler en gelişmiş enerji santralleridir

Kara delikler, Güneş'ten ve diğer yıldızlardan daha iyi enerji üretir. Bu, onların etrafında dönen maddeden kaynaklanmaktadır. Olay ufkunu büyük bir hızla aşan bir kara deliğin yörüngesindeki madde, aşırı yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Buna kara cisim radyasyonu denir.

Karşılaştırma için, nükleer füzyon sırasında maddenin %0.7'si enerjiye dönüştürülür. Bir kara deliğin yakınında, maddenin %10'u enerjiye dönüşür!

Kara delikler etraflarındaki uzayı çözer

Uzay, üzerine çizgiler çizilmiş gerilmiş bir lastik bant olarak düşünülebilir. Bir cismi tabağa koyarsanız şekli değişir. Kara delikler de aynı şekilde çalışır. Aşırı kütleleri, ışık da dahil olmak üzere her şeyi kendine çeker (analojiyi sürdüren ışınları bir plaka üzerinde çizgiler olarak adlandırılabilir).

Kara delikler evrendeki yıldız sayısını sınırlar

Yıldızlar gaz bulutlarından doğar. Yıldız oluşumunun başlaması için bulutun soğuması gerekir.

Kara cisimlerden gelen radyasyon gaz bulutlarının soğumasını engeller ve yıldız oluşumunu engeller.

Teorik olarak, herhangi bir nesne bir kara delik olabilir.

Güneşimiz ile bir kara delik arasındaki tek fark yerçekiminin gücüdür. Bir kara deliğin merkezinde, bir yıldızın merkezinden çok daha güçlüdür. Güneşimiz yaklaşık beş kilometre çapa sıkıştırılmış olsaydı, bir kara delik olabilirdi.

Teorik olarak, her şey bir kara deliğe dönüşebilir. Pratikte, kara deliklerin yalnızca Güneş'in kütlesini 20-30 kat aşan devasa yıldızların çökmesi sonucu ortaya çıktığını biliyoruz.

S. TRANKOVSKİ

Modern fizik ve astrofiziğin en önemli ve ilginç problemleri arasında Akademisyen V. L. Ginzburg kara deliklerle ilgili soruları isimlendirdi (bkz. Science and Life, Nos. 11, 12, 1999). Bu garip nesnelerin varlığı iki yüz yıldan fazla bir süre önce tahmin edildi, oluşumlarına yol açan koşullar XX yüzyılın 30'lu yılların sonlarında doğru bir şekilde hesaplandı ve astrofizik kırk yıldan daha kısa bir süre önce onlarla başa çıktı. Bugün bilimsel dergiler dünya çapında her yıl kara delikler hakkında binlerce makale yayınlıyor.

Bir kara deliğin oluşumu üç şekilde gerçekleşebilir.

Çöken bir kara deliğin çevresinde meydana gelen süreçleri bu şekilde tasvir etmek gelenekseldir. Zaman geçtikçe (Y), etrafındaki boşluk (X) (taralı alan) tekilliğe doğru küçülür.

Bir kara deliğin yerçekimi alanı, uzayın geometrisine güçlü bozulmalar getirir.

Teleskopla görülemeyen bir kara delik, kendisini yalnızca yerçekimi etkisiyle ortaya çıkarır.

Bir kara deliğin güçlü yerçekimi alanında parçacık-karşıt parçacık çiftleri doğar.

Laboratuvarda bir parçacık-antiparçacık çiftinin doğuşu.

NASIL GÖRÜNÜRLER

Yoğunluğu Dünya'nınkine eşit, çapı Güneş'in çapından iki yüz elli kat daha büyük olan parlak bir gök cismi, çekim kuvveti nedeniyle ışığının bize ulaşmasına izin vermez. Böylece, evrendeki en büyük ışıklı cisimlerin, tam da boyutları nedeniyle görünmez kalması mümkündür.
Pierre Simon Laplace.
Dünya sisteminin tanıtımı. 1796

1783'te İngiliz matematikçi John Mitchell ve on üç yıl sonra ondan bağımsız olarak Fransız astronom ve matematikçi Pierre Simon Laplace çok garip bir çalışma yaptı. Işığın bir yıldızdan ayrılamayacağı koşulları düşündüler.

Bilim adamlarının mantığı basitti. Herhangi bir astronomik nesne (gezegen veya yıldız) için, herhangi bir cismin veya parçacığın onu sonsuza dek terk etmesine izin veren sözde kaçış hızını veya ikinci kozmik hızı hesaplayabilirsiniz. Ve o zamanın fiziğinde, ışığın bir parçacık akışı olduğuna göre Newton teorisi yüce hüküm sürdü (elektromanyetik dalgalar ve kuantum teorisinden neredeyse yüz elli yıl önce kaldı). Parçacıkların kaçış hızı eşitlik temelinde hesaplanabilir. potansiyel enerji gezegenin yüzeyinde ve kinetik enerji sonsuz bir mesafe için "kaçan" bir beden. Bu hız #1# formülüyle belirlenir.

nerede M uzay nesnesinin kütlesidir, R yarıçapı, G yerçekimi sabitidir.

Buradan, belirli bir kütleye sahip bir cismin yarıçapı kolayca elde edilir (daha sonra "yerçekimi yarıçapı" olarak adlandırılır). r g "), kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu:

Bu, yarıçaplı bir küreye sıkıştırılmış bir yıldız anlamına gelir. r g< 2genel müdür/c 2 yaymayı durduracak - ışık onu bırakamayacak. Evrende bir kara delik görünecek.

Güneş'in (kütlesi 2.1033 g) yaklaşık 3 kilometrelik bir yarıçapa küçülürse bir karadeliğe dönüşeceğini hesaplamak kolaydır. Bu durumda maddesinin yoğunluğu 10 16 g/cm3'e ulaşacaktır. Bir kara delik durumuna sıkıştırılmış Dünya'nın yarıçapı, yaklaşık bir santimetreye düşecektir.

Doğada bir yıldızı bu kadar önemsiz bir boyuta sıkıştırabilecek güçlerin bulunması inanılmaz görünüyordu. Bu nedenle, Mitchell ve Laplace'ın yüz yıldan fazla bir süredir yaptığı çalışmalardan elde edilen sonuçlar, fiziksel bir anlamı olmayan matematiksel bir paradoks gibi bir şey olarak kabul edildi.

Sıkı matematiksel kanıt uzayda böyle egzotik bir nesnenin mümkün olduğu ancak 1916'da elde edildi. Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinin denklemlerini analiz eden Alman gökbilimci Karl Schwarzschild ilginç bir sonuç aldı. Büyük bir cismin yerçekimi alanındaki bir parçacığın hareketini inceledikten sonra, denklemin kaybettiği sonucuna vardı. fiziksel anlam(çözüm sonsuza gider) r= 0 ve r = r g.

Alanın özelliklerinin anlamını yitirdiği noktalara tekil yani özel denir. Sıfır noktasındaki tekillik, bir noktayı veya aynısı, merkezi olarak simetrik bir alan yapısını yansıtır (sonuçta, herhangi bir küresel cisim - bir yıldız veya bir gezegen - maddi bir nokta olarak temsil edilebilir). Ve yarıçaplı küresel bir yüzeyde bulunan noktalar r g , kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu yüzeyi oluşturur. Genel görelilik teorisinde buna Schwarzschild tekil küre veya olay ufku denir (neden - daha sonra netleşecek).

Zaten bize tanıdık nesneler örneğinde - Dünya ve Güneş - kara deliklerin çok olduğu açıktır. garip nesneler. Aşırı sıcaklık, yoğunluk ve basınçtaki maddelerle uğraşan gökbilimciler bile onları çok egzotik buluyorlar ve yakın zamana kadar herkes onların varlığına inanmıyordu. Bununla birlikte, kara deliklerin oluşma olasılığının ilk belirtileri, A. Einstein'ın 1915'te oluşturduğu genel görelilik teorisinde zaten mevcuttu. İzafiyet teorisinin ilk yorumlayıcılarından ve popülerleştiricilerinden biri olan İngiliz astronom Arthur Eddington, 1930'larda yıldızların iç yapısını tanımlayan bir denklem sistemi türetmişti. Onlardan, yıldızın, armatür içindeki sıcak plazma parçacıklarının hareketi ve derinliklerinde üretilen radyasyon basıncı tarafından oluşturulan zıt yönlü yerçekimi kuvvetleri ve iç basıncın etkisi altında dengede olduğunu takip eder. Ve bu, yıldızın merkezinde bir gaz topu olduğu anlamına gelir. sıcaklık yavaş yavaş çevreye doğru azalır. Özellikle denklemlerden, Güneş'in yüzeyinin sıcaklığının yaklaşık 5500 derece olduğu (ki bu astronomik ölçümlerin verileriyle oldukça tutarlıdır) ve merkezinde yaklaşık 10 milyon derece olması gerektiği takip edildi. Bu, Eddington'ın kehanet bir sonuca varmasına izin verdi: böyle bir sıcaklıkta, Güneş'in parlamasını sağlamak için yeterli olan bir termonükleer reaksiyon "ateşlenir". O zamanın atom fizikçileri bununla aynı fikirde değildi. Onlara, yıldızın bağırsaklarının çok "soğuk" olduğu görülüyordu: oradaki sıcaklık, reaksiyonun "gitmesi" için yetersizdi. Buna öfkeli teorisyen cevap verdi: "Daha sıcak bir yer arayın!"

Ve sonunda, haklı olduğu ortaya çıktı: yıldızın merkezinde gerçekten bir termonükleer reaksiyon var (başka bir şey, termonükleer füzyon hakkındaki fikirlere dayanan sözde "standart güneş modeli" nin görünüşe göre ortaya çıktığıydı. yanlış olun - örneğin, bkz. "Bilim ve yaşam" No. 2, 3, 2000). Bununla birlikte, yıldızın merkezinde reaksiyon gerçekleşir, yıldız parlar ve bu durumda ortaya çıkan radyasyon onu kararlı bir durumda tutar. Ama şimdi yıldızdaki nükleer "yakıt" yanıyor. Enerjinin serbest bırakılması durur, radyasyon söner ve yerçekimi çekimini engelleyen kuvvet kaybolur. Bir yıldızın kütlesinde bir sınır vardır, bundan sonra yıldız geri dönülmez şekilde küçülmeye başlar. Hesaplamalar, yıldızın kütlesi iki veya üç güneş kütlesini aşarsa bunun gerçekleştiğini gösteriyor.

yerçekimi çöküşü

İlk başta, yıldızın büzülme hızı küçüktür, ancak çekim kuvveti uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğu için hızı sürekli artar. Sıkıştırma geri döndürülemez hale gelir, kendi kendine yerçekimine karşı koyabilecek hiçbir kuvvet yoktur. Bu sürece yerçekimi çöküşü denir. Yıldızın kabuğunun merkezine doğru hızı artar, ışık hızına yaklaşır. Ve burada görelilik kuramının etkileri rol oynamaya başlar.

Kaçış hızı, ışığın doğası hakkındaki Newtoncu fikirlere dayalı olarak hesaplandı. Genel görelilik açısından, çöken bir yıldızın çevresindeki olaylar biraz farklı şekilde gerçekleşir. Güçlü yerçekimi alanında, yerçekimi kırmızıya kayma meydana gelir. Bu, büyük bir nesneden gelen radyasyon frekansının düşük frekanslara kaydırıldığı anlamına gelir. Limitte, Schwarzschild küresinin sınırında, radyasyon frekansı olur sıfır. Yani onun dışında olan bir gözlemci içeride olup bitenler hakkında hiçbir şey öğrenemeyecektir. Bu nedenle Schwarzschild küresine olay ufku denir.

Ancak frekansı azaltmak, zamanı yavaşlatmakla eşdeğerdir ve frekans sıfır olduğunda zaman durur. Bu, dışarıdan bir gözlemcinin çok garip bir resim göreceği anlamına gelir: artan ivme ile düşen bir yıldızın kabuğu, ışık hızına ulaşmak yerine durur. Onun bakış açısına göre, yıldızın boyutu yerçekimi yarıçapına yaklaştığında daralma duracaktır.
bıyık. Schwarzschild küresinin altında tek bir parçacığın "daldığını" asla görmeyecek. Ancak kara deliğe düşen varsayımsal bir gözlemci için, saatine göre her şey birkaç dakika içinde sona erecektir. Böylece, Güneş büyüklüğünde bir yıldızın kütleçekimsel çöküş süresi 29 dakika ve çok daha yoğun ve daha kompakt bir nötron yıldızı - saniyenin sadece 1/20.000'i olacaktır. Ve burada, bir kara deliğin yakınında uzay-zamanın geometrisi ile bağlantılı olarak başı dertte.

Gözlemci eğri bir uzaya girer. Yerçekimi yarıçapının yakınında, yerçekimi kuvvetleri sonsuz büyüklükte olur; roketi astronot-gözlemci ile sonsuz uzunlukta sonsuz ince bir iplik haline getirirler. Ancak kendisi bunu fark etmeyecektir: tüm deformasyonları uzay-zaman koordinatlarının çarpıklığına karşılık gelecektir. Bu düşünceler, elbette, ideal, varsayımsal duruma atıfta bulunur. Herhangi bir gerçek cisim, Schwarzschild küresine yaklaşmadan çok önce gelgit kuvvetleri tarafından parçalanacaktır.

KARA DELİK ÖLÇÜLERİ

Bir kara deliğin boyutu veya daha doğrusu Schwarzschild küresinin yarıçapı, yıldızın kütlesi ile orantılıdır. Ve astrofizik bir yıldızın boyutuna herhangi bir kısıtlama getirmediğinden, bir kara delik keyfi olarak büyük olabilir. Örneğin, 108 güneş kütlesi kütlesine sahip bir yıldızın çöküşü sırasında (veya yüz binlerce, hatta milyonlarca nispeten küçük yıldızın birleşmesinden dolayı) ortaya çıktıysa, yarıçapı yaklaşık 300 milyon kilometre olurdu, dünyanın yörüngesinin iki katı. Ve böyle bir devin maddesinin ortalama yoğunluğu, suyun yoğunluğuna yakındır.

Görünüşe göre, galaksilerin merkezlerinde bulunanlar tam olarak bu tür kara deliklerdir. Her halükarda, bugün gökbilimciler, merkezinde dolaylı kanıtlara göre (bunları aşağıda tartışacağız) değerlendirerek, yaklaşık bir milyar (10 9) güneş kütlesine sahip kara delikler bulunan yaklaşık elli galaksi sayıyorlar. Görünüşe göre Galaksimizin de kendi kara deliği var; kütlesi oldukça doğru bir şekilde tahmin edildi - 2.4. Güneş kütlesinin 10 6 ± %10'u.

Teori, bu tür süperdevlerle birlikte, kütlesi yaklaşık 10 14 g ve yarıçapı yaklaşık 10 -12 cm (boyut) olan kara mini deliklerin olduğunu varsayar. atom çekirdeği). Evrenin varlığının ilk anlarında, devasa bir enerji yoğunluğuna sahip çok güçlü bir uzay-zaman homojensizliğinin bir tezahürü olarak görünebilirler. O zamanlar Evrende var olan koşullar, şimdi araştırmacılar tarafından güçlü çarpıştırıcılarda (çarpışan ışınlar üzerindeki hızlandırıcılar) gerçekleştiriliyor. CERN'de bu yılın başlarında yapılan deneyler, önceden var olan bir madde olan kuark-gluon plazmasını verdi. temel parçacıklar. Amerikan hızlandırıcı merkezi Brookhaven'da maddenin bu durumuyla ilgili araştırmalar devam ediyor. Parçacıkları, bir hızlandırıcıdan bir buçuk ila iki kat daha yüksek enerjilere hızlandırma yeteneğine sahiptir.
CERN. Yaklaşan deney ciddi endişeye neden oldu: uygulanması sırasında uzayımızı bükecek ve Dünya'yı yok edecek bir kara mini delik mi ortaya çıkacak?

Bu korku öyle güçlü bir tepkiye neden oldu ki, ABD hükümeti bu olasılığı test etmek için yetkili bir komisyon toplamak zorunda kaldı. Önde gelen araştırmacılardan oluşan komisyon, hızlandırıcının enerjisinin bir kara deliğin oluşması için çok düşük olduğu sonucuna vardı (bu deney "Bilim ve Yaşam" No. 3, 2000 dergisinde açıklanmıştır).

GÖRÜNMEYENLER NASIL GÖRÜLÜR

Kara delikler hiçbir şey yaymaz, ışık bile. Ancak, gökbilimciler onları görmeyi, daha doğrusu bu rol için "adaylar" bulmayı öğrendiler. Bir kara deliği tespit etmenin üç yolu vardır.

1. Belirli bir ağırlık merkezi etrafındaki kümelerdeki yıldızların dolaşımını takip etmek gerekir. Bu merkezde hiçbir şeyin olmadığı ve yıldızların sanki boş bir yerin etrafında döndüğü ortaya çıkarsa, oldukça güvenle söyleyebiliriz: Bu "boşlukta" bir kara delik var. Bu temelde, Galaksimizin merkezinde bir kara deliğin varlığı varsayıldı ve kütlesi tahmin edildi.

2. Bir kara delik, çevresindeki uzaydan aktif olarak maddeyi kendine çeker. Yıldızlararası toz, gaz, yakındaki yıldızların maddesi, Satürn'ün halkasına benzer şekilde sözde yığılma diskini oluşturan bir spiral içinde düşer. (Brookhaven deneyinde ürkütücü olan da tam olarak buydu: Hızlandırıcıda ortaya çıkan küçük kara delik, Dünya'yı kendi içine çekmeye başlayacak ve bu süreç hiçbir kuvvet tarafından durdurulamayacaktır.) Schwarzschild küresine yaklaşan parçacıklar, ivmeyi deneyimleyin ve X-ışını aralığında yayılmaya başlayın. Bu radyasyon, bir senkrotronda hızlandırılmış parçacıkların iyi çalışılmış radyasyonuna benzer bir karakteristik spektruma sahiptir. Ve eğer böyle bir radyasyon Evrenin bir bölgesinden geliyorsa, kesinlikle orada bir kara delik olması gerektiğini söyleyebiliriz.

3. İki kara delik birleştiğinde yerçekimi radyasyonu meydana gelir. Her birinin kütlesi Güneş'in kütlesinin yaklaşık on katıysa, birkaç saat içinde birleştiklerinde, toplam kütlelerinin %1'ine eşdeğer enerjinin yerçekimi dalgaları şeklinde salınacağı hesaplanmıştır. Bu, Güneş'in tüm varlığı boyunca - beş milyar yıl boyunca yaydığı ışık, ısı ve diğer enerjiden bin kat daha fazladır. Rus araştırmacıların katılımıyla Amerika ve Avrupa'da inşa edilmekte olan LIGO ve diğer yerçekimi dalgası gözlemevleri yardımıyla yerçekimi radyasyonunu tespit etmeyi umuyorlar (bkz. "Bilim ve Yaşam" No. 5, 2000).

Ve yine de, gökbilimcilerin kara deliklerin varlığından hiçbir şüphesi olmamasına rağmen, hiç kimse kesin olarak bunlardan birinin uzayda belirli bir noktada bulunduğunu kategorik olarak söyleyemez. Bilimsel etik, araştırmacının vicdanlılığı, sorulan soruya tutarsızlıklara tahammül etmeyen açık bir cevap gerektirir. Görünmez bir nesnenin kütlesini tahmin etmek yeterli değildir, yarıçapını ölçmeniz ve Schwarzschild'i aşmadığını göstermeniz gerekir. Ve Galaksimizin içinde bile bu sorun henüz çözülmüş değil. Bilim adamlarının keşiflerini bildirirken belirli bir kısıtlama göstermelerinin nedeni budur ve bilimsel dergiler kelimenin tam anlamıyla teorik çalışma raporları ve gizemlerine ışık tutabilecek etkilerin gözlemleriyle doludur.

Doğru, karadeliklerin teorik olarak tahmin edilen ve belki de onları görmeyi mümkün kılacak bir özelliği daha var. Ancak bir şartla: kara deliğin kütlesi Güneş'in kütlesinden çok daha az olmalıdır.

KARA DELİK "BEYAZ" OLABİLİR

Uzun bir süre boyunca, kara delikler karanlığın düzenlemesi olarak kabul edildi, bir boşlukta, maddenin emiliminin yokluğunda hiçbir şey yaymayan nesneler. Bununla birlikte, 1974'te ünlü İngiliz teorisyen Stephen Hawking, kara deliklere bir sıcaklık atanabileceğini ve bu nedenle ışıması gerektiğini gösterdi.

Kuantum mekaniği kavramlarına göre, vakum bir boşluk değil, bir tür "uzay-zaman köpüğü", sanal (dünyamızda gözlemlenemeyen) parçacıkların bir karmakarışıklığıdır. Bununla birlikte, kuantum enerji dalgalanmaları, bir parçacık-antiparçacık çiftini vakumdan "atabilir". Örneğin, iki veya üç gama kuanta çarpıştığında, bir elektron ve bir pozitron yoktan varmış gibi görünecektir. Bu ve benzeri olaylar laboratuvarlarda defalarca gözlemlenmiştir.

Kara deliklerden radyasyon süreçlerini belirleyen kuantum dalgalanmalarıdır. Enerjileri olan bir çift parçacık ise E ve -E(çiftin toplam enerjisi sıfırdır), Schwarzschild küresinin yakınında ortaya çıkar, daha fazla kader parçacıklar farklı olacaktır. Neredeyse anında yok olabilirler veya birlikte olay ufkunun altına girebilirler. Bu durumda kara deliğin durumu değişmeyecektir. Ancak ufkun altından yalnızca bir parçacık geçerse, gözlemci bir tane daha kaydedecek ve ona bunun bir kara delik tarafından yaratılmış gibi görünecek. Bu durumda, enerjili bir parçacığı emen bir kara delik -E, enerjisini azaltacak ve enerji ile E- artırmak.

Hawking, tüm bu süreçlerin hangi hızlarda ilerlediğini hesapladı ve şu sonuca vardı: Negatif enerjili parçacıkların absorpsiyon olasılığı daha yüksektir. Bu, kara deliğin enerji ve kütle kaybettiği anlamına gelir - buharlaşır. Ek olarak, bir sıcaklık ile tamamen siyah bir cisim olarak yayılır. T = 6 . 10 -8 M ile / M Kelvin, nerede M c, Güneş'in kütlesidir (2.1033 g), M kara deliğin kütlesidir. Bu basit ilişki, Güneş'inkinin altı katı kütleye sahip bir kara deliğin sıcaklığının bir derecenin yüz milyonda biri olduğunu gösterir. Böyle soğuk bir cismin pratikte hiçbir şey yaymadığı açıktır ve yukarıdaki tüm argümanlar geçerliliğini korumaktadır. Başka bir şey - mini delikler. 10 14 -10 30 gramlık bir kütle ile on binlerce dereceye kadar ısıtıldıklarını ve bembeyaz olduklarını görmek kolaydır! Bununla birlikte, kara deliklerin özellikleriyle herhangi bir çelişki olmadığı hemen belirtilmelidir: bu radyasyon, Schwarzschild küresinin altındaki bir katman tarafından yayılır, altında değil.

Böylece, sonsuza kadar donmuş nesne gibi görünen kara delik, er ya da geç buharlaşarak kaybolur. Ayrıca, "ağırlık verdiğinden" buharlaşma hızı artar, ancak yine de çok uzun zaman alır. 10-15 milyar yıl önce Big Bang'den hemen sonra ortaya çıkan 10 14 gram ağırlığındaki mini deliklerin, zamanımızda tamamen buharlaşması gerektiği tahmin ediliyor. Yaşamlarının son aşamasında, sıcaklıkları muazzam bir değere ulaşır, bu nedenle buharlaşma ürünleri son derece yüksek enerjili parçacıklar olmalıdır. Dünya atmosferinde geniş atmosferik duşlar - EAS'ler oluşturanlar olmaları mümkündür. Her halükarda, anormal derecede yüksek enerjili parçacıkların kökeni bir başka önemli ve ilginç sorun, kara delik fiziğinde daha az heyecan verici olmayan sorularla yakından ilişkili olabilir.