Главная
Название черных дыр – Дать имя Сверхмассивной Черной Дыре, официально от ROSKOCMOC.RU со скидкой до 90%

Название черных дыр – Дать имя Сверхмассивной Черной Дыре, официально от ROSKOCMOC.RU со скидкой до 90%

Список чёрных дыр – это… Что такое Список чёрных дыр?

ИмяСозвездиеКрасное смещениеМассаРасстояниеМассивностьОдиночнаяАктивность
1ES 2344+514Кассиопея [1]0.044[2]108.80±0.16[2]172 мегапарсек [1]СверхмассивнаяБлазар
3C 66B [3]Андромеда0.021258(1.2+0.5−0.2) × 109, (7.0+4.7−6.4) × 108[4]300 млн. св. летСверхмассивнаядвойная [4]Радиогалактика
3C 75 [5]Кит0.0231296 млн. св. летСверхмассивнаядвойнаяАктивная
3C 371 [6]Дракон[1]0.05730 млн св. лет [6]СверхмассивнаяБлазар
4C +37.11СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
AP LibСозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
APM 08279+5255СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Arp 220СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Центавр A (NGC 5128)СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояние
Сверхмассивная
EXO 0706.1+5913СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Fornax AСозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
HE0450-2958СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
IC 1459СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
J1728.2+5013СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
MCG-6-30-15СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 31СозвездиеКрасноеСмещениеМасса2,52±0,14 млн св. летСверхмассивная
Messier 32СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 60СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 77СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 81СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 84СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 87СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 105СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Messier 106Созвездие
КрасноеСмещение		МассаРасстояниеСверхмассивная
Mrk 180СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Mrk 421СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Mrk 501СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 821СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 1023СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 1097СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 1566СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 2778СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 2787СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3079СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3115СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3245СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3377СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3384СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3608СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3894СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 3998СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4151СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4261СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4291СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4342СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4350СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4438СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4459СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4473СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4486BСозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4564СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4579СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4596СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4697СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4742СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4791СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 4945СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 5033СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 5845СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 6251СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 7052СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
NGC 7457СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
OJ 287СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
PKS 0521-365СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
PKS 0548-322СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
PKS 2201+044СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Q0906+6930СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Стрелец A* (Sagittarius A*, Sgr A*)СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Сомбреро (Messier 110, M 104, NGC 4594)СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная
Водоворот (Messier 51, M51, NGC 5194/5194)СозвездиеКрасноеСмещениеМассаРасстояниеСверхмассивная

dic.academic.ru

Черные дыры — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

ЧЁРНЫЕ ДЫ́РЫ — области космического пространства, в которых гравитационное притяжение настолько велико, что ни вещество, ни излучение не могут их покинуть. Черная дыра отделена от остального пространства «горизонтом событий» — поверхностью, на которой вторая космическая скорость равна скорости света. Поскольку в природе ничто не может двигаться с большей скоростью, никакой носитель информации не может выйти из-под горизонта событий (часто его называют «поверхностью черной дыры»). Поэтому внутренняя часть черной дыры причинно не связана с остальной Вселенной; происходящие «под поверхностью» черной дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне ее. В то же время, вещество и излучение, падающее снаружи на черную дыру, может свободно проникать через горизонт событий. Черная дыра все поглощает, но ничего не выпускает. Название было предложено в 1968 году американским физиком Джоном Арчибальдом Уилером. Теоретически черная дыра может иметь любую массу (M). При этом ее размер (rg — «гравитационный радиус», то есть радиус горизонта событий) определяется условием равенства на нем второй космической скорости и скорости света (с): GM/rg = c2, где G = 6, 67·10-11 Н м2/кг2, гравитационная постоянная. Отсюда rg = 2GM/c2. Например, для Солнца (M = 2·1030 кг) получается rg= 3 км, а для Земли (M = 61024 кг) получается rg=1 см. Вблизи черной дыры напряженность гравитационного поля так велика, что все физические процессы можно описывать только с помощью релятивистской теории тяготения — общей теории относительности Эйнштейна. Однако формулу для rg получили, используя классическую ньютоновскую физику, и по случайности она совпадает с результатом релятивистского расчета. Создать черную дыру в условиях лаборатории не удастся: при любых разумных массах (даже в миллионы тонн) ее размер должен быть меньше, чем у протона или нейтрона. Поэтому свойства черных дыр изучаются теоретически. Расчеты показывают, что некоторые звезды в конце своей жизни могут сжиматься (коллапсировать) и превращаться в черные дыры.В 1783 году британский геолог и астроном Джон Мичелл (1724-1793) предположил, что в природе могут существовать столь массивные звезды, что даже луч света не способен покинуть их поверхность. Простой расчет позволил французскому математику и астроному Пьеру Симону Лапласу высказать в своей книге «Система мира» (1796) следующую мысль: «Светящаяся звезда с плотностью равной плотности Земли и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми». Однако масса такой звезды должна была бы в десятки миллионов раз превосходить солнечную. Поскольку астрономические измерения показали, что массы реальных звезд близки к солнечной, идея Мичелла и Лапласа о черных дырах была забыта.В 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд получил первое точное решение уравнений созданной Эйнштейном теории гравитации. Оказалось, что пустое пространство вокруг массивной точки обладает особенностью на расстоянии rg от нее; поэтому величину rg называют «шварцшильдовским радиусом», а соответствующую поверхность (горизонт событий) – шварцшильдовской поверхностью. В первой половине 20 века усилиями теоретиков были выяснены многие удивительные особенности решения Шварцшильда, но как реальный объект исследования черные дыры не рассматривались.В 1930-х годах, после создания квантовой механики и открытия нейтрона, физики исследовали возможность формирования компактных объектов — белых карликов и нейтронных звезд — как продуктов эволюции нормальных звезд. Оказалось, что такие объекты могут существовать при умеренной начальной массе звезды. В 1939 году американские физики Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер обосновали вывод, что ядро массивной звезды должно коллапсировать в предельно малый объект, свойства пространства вокруг которого (если он не вращается) описываются решением Шварцшильда. Поскольку такой, как говорили тогда, «коллапсар» или «застывшая звезда» не излучает электромагнитных волн, астрономы понимали, что обнаружить ее в космосе маловероятно.Учитывая важнейшие свойства черных дыр — массивность, компактность и невидимость, — астрономы постепенно выработали стратегию их поиска. Проще всего обнаружить черную дыру по ее гравитационному взаимодействию с окружающим веществом, например, с близкими звездами. Попытки обнаружить невидимых массивных спутников в двойных звездах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что черные дыры весьма активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они отбирают вещество у соседней звезды и поглощают его, нагревая при этом до температуры в миллионы градусов и делая на короткое время источником рентгеновского излучения.Поскольку в двойной системе черная дыра в паре с нормальной звездой обращается вокруг общего центра массы, астрономам удается, измеряя скорость звезды, определить массу ее невидимого компаньона и доказать, что это действительно черная дыра. Теория эволюции звезд показывает, что если масса сжимающегося ядра звезды превосходит 3M, то ничто не может остановить его коллапс и превращение в черную дыру. Астрономы выявили уже более дюжины двойных систем, где масса невидимого компаньона превосходит 3M, и заметили у них проявления активности вещества, падающего в черную дыру, например, очень быстрые колебания блеска, характерные для горячего газа, стремительно вращающегося вокруг компактного объекта. Особенно перспективной считают рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя, масса невидимого компонента которой оценивается не менее, чем в 6M. Другие кандидаты в черные дыры находятся в двойных системах Лебедь X-1, LMC X-3, V616 Единорога, QZ Лисички, а также в рентгеновских новых Змееносец 1977, Муха 1981 и Скорпион 1994. Почти все они расположены в пределах нашей Галактики, а система LMC X-3 находится в близкой к нам галактике Большое Магелланово Облако.Другим направлением поиска черных дыр служит изучение ядер галактик. В них скапливаются и уплотняются огромные массы вещества, сталкиваются и сливаются звезды, поэтому там могут формироваться сверхмассивные черные дыры, превосходящие по массе Солнце в миллионы раз. Они притягивают к себе окружающие звезды, создавая в центре галактики пик яркости. Они разрушают близко подлетающие к ним звезды, вещество которых образует вокруг черной дыры аккреционный диск и частично выбрасывается вдоль оси диска в виде быстрых струй и потоков частиц. Это не умозрительная теория, а процессы, реально наблюдаемые в ядрах некоторых галактик и указывающие на присутствие в них черных дыр с массами до 100 млн M. Получены также довольно убедительные доказательства того, что и в центре нашей Галактики есть черная дыра с массой около 2 млн M.Вполне вероятно, что самые мощные процессы энерговыделения во Вселенной происходят с участием черных дыр. Именно они считаются источником активности в ядрах квазаров — молодых массивных галактик. Именно их рождение, как полагают астрофизики, знаменуется самыми мощными взрывами во Вселенной, проявляющимися как гамма-всплески.

Сейчас одно из важнейших направлений физики — исследование черных дыр, поскольку вблизи них проявляются скрытые свойства гравитации. Для поведения вещества и излучения в слабых гравитационных полях различные теории тяготения дают почти неразличимые прогнозы; однако в сильных полях, характерных для черных дыр, предсказания различных теорий существенно расходятся, что дает ключ к выявлению лучшей среди них. В рамках наиболее популярной сейчас теории гравитации Эйнштейна свойства черных дыр изучены весьма подробно. Наиболее любопытные особенности черных дыр таковы:

1) Вблизи черной дыры время течет медленнее, чем вдали от нее. Если удаленный наблюдатель бросит в сторону черной дыры зажженный фонарь, то увидит, как фонарь будет падать все быстрее и быстрее, но затем, приближаясь к поверхности Шварцшильда, он начнет замедляться, а его свет будет тускнеть и краснеть (поскольку замедлится темп колебания всех его атомов и молекул). С точки зрения далекого наблюдателя, фонарь практически остановится и станет невидим, так и не сумев пересечь поверхность черной дыры. Но если бы наблюдатель сам прыгнул вместе с фонарем, то он за короткое время пересек бы поверхность Шварцшильда и упал к центру черной дыры, будучи при этом, к сожалению, разорван ее мощными приливными силами.

2) Каким бы сложным не было исходное тело, после его сжатия в черную дыру внешний наблюдатель может определить только три его параметра: массу, момент импульса и электрический заряд. Все остальные особенности тела (форма, распределение плотности, химический состав и пр.) в ходе коллапса «стираются». Например, если сжималось незаряженное и невращающееся тело, то в результате получится шварцшильдовская (сферически симметричная) черная дыра, а все исходные неровности тела излучатся при коллапсе в форме гравитационных волн.

3) Если исходное тело вращалось, то вокруг черной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг нее. Поле тяготения вращающейся черной дыры называют полем Керра (который первым нашел решение соответствующих уравнений).

4) Все вещество внутри черной дыры непременно падает к ее центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью. Английский физик Стивен Хокинг определяет сингулярность как «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени».5) Хотя черная дыра «все съедает и ничего не отпускает», тем не менее возможен обмен энергией между ней и внешним пространством, например, пролетающие вблизи нее частицы или кванты могут уносить энергию ее вращения. Кроме этого С. Хокинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового «испарения» черных дыр, который, вообще говоря, может приводить к их полному исчезновению.
  • Новиков И. Д. Черная дыра // Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1986, с. 714-718.
  • Черепащук А. М. Массы черных дыр в двойных системах // Успехи физических наук, 1996, т.166, N 8, с.809.
  • Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. М.: Мир, 1977. Т. 3. Шапиро С., Тьюколски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. М.: Мир, 1985.
  • Чандрасекар С. Математическая теория черных дыр. М.: Мир, 1986.
  • Новиков И. Д., Фролов В. П. Физика черных дыр. М.: Наука, 1986. Черные дыры. Сб. статей. М.: Мир, 1978.
  • Черепащук А. М. Вселенная, жизнь, чёрные дыры. – Фрязино: Век 2, 2004.
  • Трофименко А. П. Белые и черные дыры во Вселенной. – Минск: Университетское, 1991.
  • Черные дыры. Мембранный подход. – М.: Мир, 1988.

megabook.ru

ИССЛЕДОВАНИЯ, ВИДЫ, МОДЕЛИ И ФАКТЫ

Черные дыры – это компактные объекты, существование которых было предсказано Общей теорией от­но­си­тель­нос­ти (ОТО) [1]. Ещё в начале XX века Карл Шварцшильд нашёл такое решение уравнений ОТО, которое описывало компактный объект, получивший впоследствии название чёрная дыра [2]. Хотя долгое время всё это оставалось без должного внимания, о чём сви­де­тельст­ву­ет тот факт, что даже сам термин вошёл в обиход только в 1967 году [1]. Впрочем, черные дыры были не новой идеей! Её придумали ещё в XVIII веке [3]. Принадлежит данная идея Джону Мичеллу и Пьеру-Симону Лапласу. И они не просто придумали химеру, а нашли точную ма­те­ма­ти­чес­кую ин­тер­пре­та­цию объекту, в со­от­вет­ст­вии с имеющимся тогда научным аппаратом.

Сегодня мы знаем, что черные дыры могут быть разными. Существуют сверх­мас­сив­ные черные дыры и черные дыры звёздных масс [4]. Масса черных дыр звёздных масс может тео­ре­ти­чес­ки быть от 2–3 до 80 масс Солнца (Mʘ) [5], но, в основном, от 10 до 24Mʘ[1]. А масса сверх­мас­сив­ных чёрных дыр может достигать миллионов и даже миллиардов Mʘ[6]. Формируются черные дыры звёздных масс в результате эволюции звёзд. Если масса звезды в итоге не превышает предел Чанд­ра­се­ка­ра, равный 1,44Mʘ, то она эво­лю­цио­ни­ру­ет в белого карлика [7]. Если в итоге масса звезды находится в пределах 1,44–2(3)Mʘ, то звезда эво­лю­цио­ни­ру­ет в нейтронную [8]. Если же масса больше 2–3Mʘ, то эволюция звезды должна привести к формированию черной дыры звёздной массы [5].

Как именно формируются сверхмассивные чёрные дыры до конца не понятно [9]. Вероятно, что они могут фор­ми­ро­вать­ся, как напрямую из газа, так и из первых массивных звёзд. Впрочем, хотя черные дыры хорошо описаны ма­те­ма­ти­чес­ки, и их су­щест­во­ва­ние под­тверж­да­ет­ся на­блю­да­тель­ны­ми данными [10], и даже гра­ви­та­ци­он­ны­ми волнами [11], пока существуют только кандидаты в черные дыры [12]. А наиболее вероятным кандидатом на роль черной дыры является Sgr A* в центре Млечного пути с массой 4*106Mʘ[13]. В то время как первым надёжным кандидатом стал Лебедь X-1 (Cygnus X-1) в начале 70-х годов XX столетия [14]. Давайте же разбираться во всём по порядку!

Черные дыры: основы

Самой главной характеристикой черной дыры является её способность удерживать свет [15]. Черные дыры обладают таким сильным притяжением, что даже фотоны света не способны выбраться из под их горизонта. Именно поэтому главным критерием определения компактного объекта в качестве черной дыры является огромная масса. И именно компактного! Потому что для получения черной дыры важно, чтобы большая масса со­сре­до­та­чи­ва­лась в небольшом объёме. Собственно, огромная масса в небольшом объёме – это и есть ключевое свойство любых компактных объектов [16]. А известными компактными объектами являются нейтронные звёзды, белые карлики и черные дыры.

Другими отличительными особенностями черных дыр являются отсутствие рент­ге­новс­ко­го барстера и мощное рент­ге­новс­кое излучение [12]. Именно поэтому одиночную черную дыру издалека увидеть за­труд­ни­тель­но, если ни невозможно. В связи с чем, увидеть можно только ту черную дыру, которая взаи­мо­дейст­ву­ет с другими телами [1]. Каким образом? Через аккрецию вещества и мик­ро­лин­зи­ро­ва­ние [17]. Аккреция в астрофизике означает пе­ре­тя­ги­ва­ние на себя вещества более тяжелым объектом, а мик­ро­лин­зи­ро­ва­ние – это искажение пространства вокруг черной дыры, которое проявляется в том, что вращающиеся вокруг звёзды светят с переменной яркостью.

Но, как мы уже писали выше, всё это позволяет отобрать лишь кандидатов в черные дыры, а что касается самих черных дыр, то о них точно известно совсем немного [10]. Собственно, всего существует 4 основные модели черных дыр: незаряженная и не­вра­щаю­щая­ся черная дыра Шварцшильда [2], заряженная и невращающаяся черная дыра Рейсснера-Нордстрема [18], незаряженная и вращающаяся черная дыра Керра [19], и заряженная и вращающаяся дыра Керра-Ньюмана [20]. Каждая модель обладает своей топологией, а некоторые из них описывают туннели, связывающие разные вселенные [21]. Правда, Лаплас и Мичелл в XVIII веке ничего этого не знали и просто рас­смат­ри­ва­ли уравнения Ньютона.

\[ V_1=\sqrt{G\frac{M}{R}} \]

\[ V_2=\sqrt{2G\frac{M}{R}} \]

, где V – ускорение, которое необходимо придать объекту, G – гравитационная постоянная, M – масса тела, R – радиус тела.

V1 – это первая космическая скорость, которую необходимо придать объекту для того, чтобы он оставался на орбите некоторого тела. V2 – это вторая космическая скорость, которую необходимо придать объекту для того, чтобы он смог покинуть орбиту тела. Со­от­вет­ст­вен­но, если очень сильно сжать некоторое тело, то в итоге оно может стать настолько компактным, что его орбиту не сможет покинуть даже свет. Собственно, такой объект и будет черной дырой. Вот именно его и нашли Лаплас с Мичеллом. И именно этим и является черная дыра в первом приближении. Со­от­вет­ст­вен­но, найти гра­ви­та­ци­он­ный радиус не­вра­щаю­щей­ся черной дыры (rg) можно по формуле:

\[ r_g=2\frac{GM}{c^2} \]

, где G – гравитационная постоянная, M – масса тела, а c – скорость света.

Для Земли гравитационный радиус такого объекта ~8,7мм, а для Солнца ~3км. Правда, ни тот, ни другой объект, ни какой-либо другой в Солнечной системе, не обладают достаточной массой для превращения в черную дыру. Гравитационный радиус шварц­шиль­дов­с­кой черной дыры равен радиусу её горизонта событий [22]. Называется он радиусом Шварцшильда, и по формуле выше можно найти именно его. Если же вы хотите найти массу черной дыры, то предел на массу можно определить по светимости квазара. Существует так называемый эд­динг­то­новс­кий предел (LEdd), из которого следует, что по­тен­ци­аль­ная светимость звезды зависит ис­клю­чи­тель­но от её массы [23]. Выражается LEdd в эрг/с [24] и рассчитывается по формулам:

\[ L_{Edd}=\frac{4\pi GM_{пр}}{\sigma_т} \]

\[ L_{Edd}=10^{38}\frac{M}{M_ʘ} \]

Более точными способами определения массы черной дыры являются соотношение между массой черной дыры и массой балджа, изменение орбит звёзд и мазерных источников вокруг черной дыры, кинематика газа, профиль звёздной плотности и ре­вер­бе­ра­ци­он­ное кар­ти­ро­ва­ние [25]. Собственно, первую сверх­мас­сив­ную черную дыру в центре галактики Андромеда в 1988 году Джон Корменди обнаружил именно по орбитам вращающихся вокруг неё звёзд [26]. Все остались этим очень недовольны. Самого Джона Корменди высмеяли [27], но, исходя из того, что науке известно сегодня, он был прав. Правда, вопрос эволюции сверх­мас­сив­ных черных дыр остаётся дискуссионным.

Сверхмассивные черные дыры

Исходя из общей картины эволюции Вселенной, казалось бы, что сверхмассивные черные дыры должны фор­ми­ро­вать­ся из первых сверх­мас­сив­ных звёзд. Но на­блю­да­тель­ные данные указывают на то, что сверх­мас­сив­ные черные дыры уже существовали через 1млрд лет после Большого взрыва, а значит, они должны были появиться как-то по-другому. По всей видимости, наиболее вероятной моделью формирования первичных сверх­мас­сив­ных черных дыр является прямой коллапс газа [9]. Поэтому теперь кандидатов в сверх­мас­сив­ные черные дыры астрономы наблюдают в центрах галактик [13], [27]. Со­от­вет­ст­вен­но, возникает нормальный научный вопрос: когда мы упадём в черную дыру?

На самом деле, вероятность того, что вся вселенная в итоге станет одной большой черной дырой, существует [10]. И можно по­спе­ку­ли­ро­вать на эту тему! Есть, так называемый, «ин­фор­ма­ци­он­ный парадокс» Стивена Хокинга [28], суть которого заключается в том, что восстановить информацию о процессе формирования черной дыры невозможно. Не все ученые согласны с тем, что проблема «ин­фор­ма­ци­он­но­го парадокса» существует [29], но, допустим, что это так. А так же нам известно то, что невозможно получить информацию о том, что было до Большого взрыва, когда вселенная была син­гу­ляр­нос­тью [30]. Вот и можно сделать спе­ку­ля­тив­ный вывод о том, что эволюция Вселенной приведёт к образованию единой черной дыры, масса которой будет настолько велика, что она «взорвётся», и в этот момент родится новая вселенная [31].

Впрочем, как мы уже писали выше, существуют разные модели черных дыр, и среди них есть такие, в которых отсутствует син­гу­ляр­ность [10] или горизонт событий [32]. Кстати говоря, проверить наличие горизонта у черных дыр хотят в начале 2030-х годов с помощью детектора LISA. Но в связи с разной топологией черных дыр, интересно посмотреть, что может тео­ре­ти­чес­ки произойти с человеком, попавшим в черную дыру. И теоретически – это значит, исходя из модели, а не просто из бурной фантазии, как в случае выше. Хотя сами ма­те­ма­ти­чес­кие модели тут мы, конечно, представлять не будем. Обойдёмся коротким описанием!

Что произойдет с человеком в черной дыре?

Если черная дыра обладает нетривиальной топологией, то у неё 2 горизонта: горизонт событий и горизонт Коши, между которыми находится Т-область [33], [34]. По мере движения в Т-области к горизонту Коши приливные силы будут возрастать, а объект начнёт замедляться, после чего его вытолкнет в другую вселенную через белую дыру. Таким образом, черная дыра в нашей вселенной является белой дырой в другой вселенной, а белые дыры в нашей вселенной являются черными дырами в третьей вселенной [35]. Если же у черной дыры есть син­гу­ляр­ность, то объект просто в неё упадёт. Впрочем, если этим объектом будет человек, то прежде, чем всё это произойдёт, он успеет умереть.

Умрёт ли человек сразу? Не обязательно! В сверх­мас­сив­ных черных дырах приливные силы действуют не так интенсивно, как в черных дырах звёздных масс, поэтому разорвёт человека или космический корабль ближе к син­гу­ляр­нос­ти [36]. Правда, хотя для падающего человека пройдёт не так много времени, вне черной дыры пройдут тысячи или даже сотни тысяч лет [37]. А для стороннего наблюдателя падающий объект будет просто постепенно темнеть [38]. Мы ведь видим свет, который отражают или испускают объекты, поэтому по мере снижения ин­тен­сив­нос­ти «излучения», до стороннего наблюдателя будут доходить всё менее и менее длинные лучи, пока сила притяжения черной дыры не скроет объект окончательно.

Типы черных дыр

Как уже неоднократно отмечалось выше, не­по­сред­ст­вен­но черных дыр пока никто не видел. Но есть кандидаты в черные дыры, среди которых есть сверх­мас­сив­ные и черные дыры звёздных масс. Хороших кандидатов 10 штук [12], и, как сказал Эдвин Солпитер: «Черная дыра в источнике Лебедь X-1 – это самая кон­сер­ва­тив­ная гипотеза». А 2018 год, вообще, обещает быть годом, когда мы впервые «увидим» черную дыру в центре нашей галактики – Srg A* [39]. Но, кроме сверх­мас­сив­ных и черных дыр звёздных масс, ги­по­те­ти­чес­ки так же существуют первичные [9] и про­ме­жу­точ­ные черные дыры [1]. Первичные – это сфор­ми­ро­ван­ные из газа, а про­ме­жу­точ­ные – это те, которые достаточно большие, чтобы опуститься в центр галактики и ак­кре­ци­ро­вать окружающие звёзды, в результате чего стать сверх­мас­сив­ны­ми.

Заключение

  1. Черные дыры – это компактные объекты, то­по­ло­гию ко­то­рых мож­но опи­сы­вать раз­ны­ми мо­де­ля­ми. Ско­рее все­го, что чер­ные ды­ры есть, но по­ка кор­рект­но го­во­рить лишь о том, что мы на­блю­да­ем кан­ди­да­тов в чер­ные ды­ры.
  2. Гипотетически эволюция Вселенной может привести к то­му, что вся ма­те­рия скон­цент­ри­ру­ет­ся в од­ной чер­ной ды­ре, но сце­на­рий этот ма­ло­ве­роя­тен. В лю­бом слу­чае, ес­ли толь­ко вы не Мак­ко­на­хи, то в чер­ную ды­ру луч­ше не пры­гать!

Лимит времени: 0

Информация

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Правильных ответов: 0 из 5

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали 0 из 0 баллов (0)

  1. С ответом
  2. С отметкой о просмотре

P.S. Бла­го­да­рим за вни­ма­ние! На­де­ем­ся, что ста­тья бы­ла ин­те­рес­на и по­з­на­­ва­­тель­­на. Ес­ли у вас ос­та­лись ка­кие-ли­бо воп­ро­сы, есть за­ме­ча­ния или вы хо­ти­те выс­ка­зать сло­ва бла­­го­­дар­­нос­­ти, то для все­го это­го мож­но вос­­поль­­зо­­вать­­ся фор­мой ком­­мен­­та­­ри­­ев ни­же. Оце­ни­вай­те ста­тью, де­ли­тесь ею с друзь­я­ми в со­ци­аль­ных се­тях, до­бав­ляй­те сайт в из­бран­ное и бо­ри­тесь с мра­ко­бе­си­ем во всех его про­яв­ле­ни­ях, аминь!

Источники

[1] science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes

[2] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269317303532

[3] adsabs.harvard.edu/full/2009JAHH…12…90M

[4] nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-a-black-hole-58.html

[5] iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/714/2/1217/meta

[6] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269306009646

[7] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269313007983

[8] sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0375947482900252

[9] nature.com/articles/ncomms2314

[10] arxiv.org/abs/1003.0291

[11] journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.141101#fulltext

[12] astronet.ru/db/msg/1210267?text_comp=gloss_graph.msn

[13] iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/942/1/012001/meta

[14] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269314000495

[15] sciencedirect.com/science/article/pii/S0550321316301274

[16] sciencedirect.com/science/article/pii/S0375960112001223

[17] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC58496/

[18] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269316304336

[19] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269317308341

[20] sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931630452X

[21] arxiv.org/pdf/1712.07964.pdf

[22] astronomy.swin.edu.au/cosmos/S/Schwarzschild+Radius

[23] iopscience.iop.org/article/10.1086/311182/fulltext/975632.text.html

[24] ru.wikipedia.org/wiki/Эрг

[25] youtu.be/j2My_ieOsXs?t=59m13s

[26] adsabs.harvard.edu/abs/1988ApJ…335…40K

[27] postnauka.ru/video/57338

[28] nature.com/news/hawking-s-latest-black-hole-paper-splits-physicists-1.19236

[29] nplus1.ru/material/2015/09/09/hawking-and-the-paradox

[30] sciencedirect.com/science/article/pii/S221268641300037X

[31] sciencedirect.com/science/article/pii/S0262407907616807

[32] sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269317303398

[33] journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.93.041501

[34] link.springer.com/article/10.1023%2FA%3A1015328519392

[35] postnauka.ru/video/38489

[36] nature.com/news/2007/070514/full/news070514-21.html

[37] nature.com/scitable/blog/thebeyond/what_happens_to_matter_inside

[38] quora.com/From-an-outside-observer-perspective-does-an-object-ever-really-fall-into-a-black-hole-If-not-why-is-it-so-much-of-a-big-issue-that-information-would-get-lost-and-should-all-the-Hawking-black-hole-wars-stuff-matter

[39] forbes.com/sites/startswithabang/2017/12/27/2018-will-be-the-year-humanity-directly-sees-our-first-black-hole

[свернуть]

Загрузка…

pop-science.ru

Черная дыра – самый загадочный объект во Вселенной

06.05.2018

Бескрайняя Вселенная полна тайн, загадок и парадоксов. Несмотря на то, что современная наука сделала огромный скачок вперед в исследовании космоса, многое в этом бескрайнем мире остается непостижимым для человеческого мировосприятия. Нам достаточно много известно о звездах, туманностях, скоплениях и планетах. Однако на просторах Вселенной встречаются такие объекты, о существовании которых мы можем только догадываться. Например, о черных дырах нам известно крайне мало. Основные сведения и знания о природе черных дыр строятся на предположениях и догадках. Астрофизики, ученые-атомщики бьются над этим вопросом уже не один десяток лет. Что же такое черная дыра в космосе? Какова природа подобных объектов?

Черная дыра

Говоря о черных дырах простым языком

Чтобы представить, как выглядит черная дыра, достаточно увидеть хвост уходящего в туннель поезда. Сигнальные фонари на последнем вагоне по мере углубления поезда в туннель, будут уменьшаться в размерах, пока совсем не исчезнут из поля зрения. Другими словами — это объекты, где в силу чудовищного притяжения исчезает даже свет. Элементарные частицы, электроны, протоны и фотоны не в состоянии преодолеть невидимый барьер, проваливаются в черную бездну небытия, поэтому такая дыра в пространстве и получила название — черная. Нет внутри нее ни малейшего светлого участка, сплошная чернота и бесконечность. Что находится по ту стороны черной дыры – неизвестно.

Этот космический пылесос обладает колоссальной силой притяжения и в состоянии поглотить целую галактику со всеми скоплениями и сверхскоплениями звезд, с туманностями и с темной материей в придачу. Каким образом это возможно? Остается только догадываться. Известные нам законы физики в данном случае трещат по швам и не дают объяснения происходящим процессам. Суть парадокса заключается в том, что в данном участке Вселенной гравитационное взаимодействие тел определяется их массой. На процесс поглощения одним объектом другого не оказывают влияния их качественный и количественный состав. Частицы, достигнув критического количества на определенном участке, входят в другой уровень взаимодействия, где гравитационные силы становятся силами притяжения. Тело, объект, субстанция или материя под воздействием гравитации начинает сжиматься, достигая колоссальной плотности.

Примерно такие процессы происходят при образовании нейтронной звезды, где звездная материя под воздействием внутренней гравитации сжимается в объеме. Свободные электроны соединяются с протонами, образуя электрически нейтральные частицы — нейтроны. Плотность этой субстанции огромна. Частица материи размером с кусок рафинада имеет вес в миллиарды тонн. Здесь уместным будет вспомнить общую теорию относительности, где пространство и время — величины непрерывные. Следовательно, процесс сжатия не может быть остановлен на полпути и поэтому не имеет предела.

Схема черной дыры

Потенциально черная дыра выглядит как нора, в которой возможно существует переход из одного участка пространства в другой. При этом свойства самого пространства и времени меняются, закручиваясь в пространственно-временную воронку. Достигая дна этой воронки, любая материя распадается на кванты. Что находится по ту стороны черной дыры, этой гигантской норы? Возможно, там существует другое иное пространство, где действуют другие законы и время течет в обратном направлении.

В разрезе теории относительности теория черной дыры выглядит следующим образом. Точка пространства, где гравитационные силы сжали любую материю до микроскопических размеров, обладает колоссальной силой притяжения, величина которой возрастает до бесконечности. Появляется складка времени, а пространство искривляется, замыкаясь в одной точке. Поглощенные черной дырой объекты не в состоянии самостоятельно противостоять силе втягивания этого чудовищного пылесоса. Даже скорость света, которой обладают кванты, не позволяет элементарным частицам преодолеть силу притяжения. Любое тело, попавшее в такую точку, перестает быть материальным объектом, сливаясь с пространственно-временным пузырем.

Поглощение объектов черной дырой

Черные дыры с точки зрения науки

Если задаться вопросом, как образуются черные дыры? Однозначного ответа не будет. Во Вселенной достаточно много парадоксов и противоречий, которые невозможно объяснить с точки зрения науки. Теория относительности Эйнштейна позволяет только теоретически объяснить природу подобных объектов, однако квантовая механика и физика в данном случае молчат.

Пытаясь объяснить законами физики происходящие процессы, картина будет выглядеть следующим образом. Объект, образуется в результате колоссального гравитационного сжатия массивного или сверхмассивного космического тела. Этот процесс носит научное название — гравитационный коллапс. Термин «черная дыра» впервые прозвучал в научной среде в 1968 году, когда американский астроном и физик Джон Уиллер пытался объяснить состояние звездного коллапса. По его теории, на месте массивной звезды подвергнувшейся гравитационному коллапсу возникает пространственный и временной провал, в котором действует постоянно растущее сжатие. Все, из чего состояла звезда, уходит внутрь себя.

Эволюция черной дыры

Такое объяснение позволяет сделать вывод, что природа черных дыр никоим образом не связана с процессами, происходящими во Вселенной. Все, что происходит внутри этого объекта, никак не отражается на окружающем пространстве при одном «НО». Сила гравитации черной дыры настолько сильна, что искривляет пространство, заставляя вращаться галактики вокруг черных дыр. Соответственно становится понятна причина, почему галактики принимают форму спиралей. Сколько понадобится времени на то, чтобы огромная галактика Млечный путь исчезла в бездне сверхмассивной черной дыры, неизвестно. Любопытен факт, что черные дыры могут возникать в любой точке космического пространства, там, где для этого созданы идеальные условия. Такая складка времени и пространства нивелирует те огромные скорости, с которыми вращаются звезды и перемещаются в пространстве галактики. Время в черной дыре течет в другом измерении. Внутри этой области никакие законы гравитации не поддаются интерпретации с точки зрения физики. Такое состояние называется сингулярностью черной дыры.

Состав черной дыры

Черные дыры не проявляют никаких внешних идентификационных признаков, об их существовании можно судить по поведению других космических объектов, на которые воздействуют гравитационные поля. Вся картина борьбы не на жизнь, а на смерть происходит на границе черной дыры, которая прикрыта мембраной. Эта мнимая поверхность воронки называется «горизонтом событий». Все, что мы видим до этой границы, осязаемо и материально.

Сценарии образования черных дыр

Развивая теорию Джона Уиллера, можно сделать вывод, что тайна черных дыр скорее не в процессе ее формирования. Образование черной дыры возникает в результате коллапса нейтронной звезды. Причем масса такого объекта должна превосходить массу Солнца в три и более раз. Нейтронная звезда сжимается до тех пор, пока ее собственный свет уже не в состоянии вырваться из тесных объятий силы притяжения. Существует граничный предел в размере, до которого может сжиматься звезда, давая рождение черной дыре. Этот радиус называется гравитационным радиусом. Массивные звезды на финальной стадии своего развития должны иметь гравитационный радиус в несколько километров.

Гравитационный коллапс

Сегодня ученые получили косвенные доказательства присутствия черных дыр в десятке рентгеновских двойных звездах. У рентгеновских звезд, пульсара или барстера нет твердой поверхности. К тому же их масса больше массы трех Солнц. Нынешнее состояние космического пространства в созвездии Лебедя – рентгеновская звезда Лебедь Х-1, позволяет проследить процесс образования этих любопытных объектов.

Исходя из исследований и теоретических предположений, сегодня в науке существует четыре сценария образования черных звезд:

  • гравитационный коллапс массивной звезды на финальном этапе ее эволюции;
  • коллапс центральной области галактики;
  • формирование черных дыр в процессе Большого взрыва;
  • образование квантовых черных дыр.

Первый сценарий является самым реалистичным, однако то количество черных звезд, с которым мы знакомы на сегодняшний день, превышает количество известных нейтронных звезд. Да и возраст Вселенной не настолько большой, чтобы такое количество массивных звезд смогло пройти полный процесс эволюции.

Эволюция звезд- образование черной дыры

Второй сценарий имеет право на жизнь, и тому существует яркий пример – сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, приютившаяся в центре нашей галактики. Масса этого объекта 3,7 массы Солнца. Механизм этого сценария схож со сценарием гравитационного коллапса с той лишь разницей, что коллапсу подвергается не звезда, а межзвездный газ. Под воздействием гравитационных сил происходит сжатие газа до критической массы и плотности. В критический момент материя распадается на кванты, образуя черную дыру. Однако эта теория вызывает сомнения, так как недавно астрономы Колумбийского университета выявили спутники черной дыры Стрелец А*. Ими оказалось множество мелких черный дыр, которые вероятно образовались другим способом.

Черная дыра в центре галактики

Третий сценарий больше теоретический и связан с существованием теории Большого взрыва. В момент образования Вселенной часть материи и гравитационные поля претерпели флуктуацию. Другими словами, процессы пошли другим путем, не связанным с известными процессами квантовой механики и ядерной физики.

Последний сценарий ориентирован на физику ядерного взрыва. В сгустках материи в процессе ядерных реакций под влиянием гравитационных сил происходит взрыв, на месте которого образуется черная дыра. Материя взрывается внутрь себя, поглощая все частицы.

Существование и эволюция черных дыр

Имея приблизительное представление о природе столь странных космических объектов, интересно другое. Какие истинные размеры черных дыр, как быстро они растут? Размеры черных дыр определяются их гравитационным радиусом. Для черных дыр радиус черной дыры определяется ее массой и называется радиусом Шварцшильда. К примеру, если объект имеет массу равную массу нашей планеты, то радиус Шварцшильда в таком случае составляет 9 мм. Наше главное светило имеет радиус в 3 км. Средняя плотность черной дыры, образовавшейся на месте звезды массой 10⁸ масс Солнца, будет близкой к плотности воды. Радиус такого образования составит 300 млн. километров.

Гравитационный радиус

Вероятно, что такие гигантские черные дыры располагаются в центре галактик. На сегодняшний день известны 50 галактик, в центре которых находятся огромные временные и пространственные колодцы. Масса таких гигантов составляет миллиарды масса Солнца. Можно только представить, какой колоссальной и чудовищной силой притяжения обладает такая дыра.

Что касается мелких дырочек, то это мини-объекты, радиус которых достигает ничтожных величин, всего 10¯¹² см. Масса такой крошки составляет 10¹⁴гр. Подобные образования возникли в момент Большого взрыва, однако со временем увеличились в размерах и сегодня красуются в космическом пространстве в качестве монстров. Условия, при которых шло образование мелких черных дыр, ученые сегодня пытаются воссоздать в земных условиях. Для этих целей проводятся эксперименты в электронных коллайдерах, посредством которых элементарные частицы разгоняются до скорости света. Первые опыты позволили получить в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму — материю, которая существовала на заре образования Вселенной. Подобные эксперименты позволяют надеяться, что черная дыра на Земле – дело времени. Другое дело, не обернется ли подобное достижение человеческой науки катастрофой для нас и для нашей планеты. Создав искусственно черную дыру, мы можем открыть ящик Пандоры.

Электронный коллайдер

Последние наблюдения за другими галактиками, позволили ученым открыть черные дыры, размеры которых превышают все мыслимые ожидания и предположения. Эволюция, которая происходит с подобными объектами, позволяет лучше понять, от чего растет масса черных дыр, каков ее реальный предел. Ученые пришли к выводу, что все известные черные дыры выросли до своих реальных размеров в течение 13-14 млрд. лет. Разница в размерах объясняется плотностью окружающего пространства. Если у черной дыры достаточно пищи в пределах досягаемости сил притяжения, она растет словно на дрожжах, достигая массы в сотни и тысячи солнечных масс. Отсюда и гигантские размеры таких объектов, расположенных в центре галактик. Массивное скопление звезд, огромные массы межзвездного газа являются обильной пищей для роста. При слиянии галактик, черные дыры могут сливаться воедино, образуя новый сверхмассивный объект.

Виды черных дыр

Судя по анализу эволюционных процессов, принято выделять два класса черных дыр:

  • объекты с массой в 10 раз больше солнечной массы;
  • массивные объекты, масса которых составляет сотни тысяч, миллиарды солнечных масс.

Существуют черные дыры со средней промежуточной массой равной 100-10 тыс. масс Солнца, однако их природа до сих пор остается неизвестной. На одну галактику приходится примерно один такой объект. Изучение рентгеновских звезд позволило найти на расстоянии 12 миллионов световых лет в галактике М82 сразу две средние по массе черные дыры. Масса одного объекта варьируется в диапазоне 200-800 масс Солнца. Другой объект гораздо больше и имеет массу 10-40 тыс. солнечных масс. Судьба таких объектов интересна. Располагаются они вблизи звездных скоплений, постепенно притягиваясь к сверхмассивной черной дыре, расположенной в центральной части галактики.

Наша планета и черные дыры

Несмотря на поиски разгадки о природе черных дыр, научный мир беспокоит место и роль черной дыры в судьбе галактики Млечный путь и, в частности, в судьбе планеты Земля. Складка времени и пространства, которая существует в центре Млечного пути, постепенно поглощает все существующие вокруг объекты. Уже поглощены в черной дыре миллионы звезд и триллионы тонн межзвездного газа. Со временем дойдет очередь и до рукавов Лебедя и Стрельца, в которых находится Солнечная система, пройдя расстояние в 27 тыс. световых лет.

Черная дыра и Млечный путь

Другая ближайшая сверхмассивная черная дыра находится в центральной части галактики Андромеда. Это около 2,5 млн. световых лет от нас. Вероятно, до того времени, как наш объект Стрелец А* поглотит собственную галактику, следует ожидать слияния двух соседствующих галактик. Соответственно произойдет и слияние двух сверхмассивных черных дыр в одно целое, страшное и чудовищное по размерам.

Совершенно другое дело — черные дыры небольших размеров. Чтобы поглотить планету Земля достаточно черной дыры радиусом в пару сантиметров. Проблема заключается в том, что по своей природе черная дыра совершенно безликий объект. Из ее чрева не исходит никакое излучение, ни радиация, поэтому заметить столь загадочный объект достаточно трудно. Только с близкого расстояния можно обнаружить искривление фонового света, которое свидетельствует о том, что в этом районе Вселенной имеется дырка в пространстве.

Слияние черных дыр

На сегодняшний день ученые установили, что ближайшая к Земле черная дыра — это объект V616 Monocerotis. Чудовище расположено в 3000 световых лет от нашей системы. По своим размерам это крупное образование, его масса составляет 9-13 солнечных масс. Другим близким объектом, несущим угрозу нашему миру, является черная дыра Gygnus Х-1. С этим монстром нас разделяет расстояние в 6000 световых лет. Выявленные по соседству с нами черные дыры, являются частью бинарной системы, т.е. существуют в тесном соседстве со звездой, питающей ненасытный объект.

Заключение

Существование в космосе таких загадочных и таинственных объектов, какими являются черные дыры, безусловно, заставляет нас находиться на стороже. Однако все, что происходит с черными дырами, случается достаточно редко, если брать во внимание возраст Вселенной и огромные расстояния. В течение 4,5 млрд. лет Солнечная система пребывает в состоянии покоя, существуя по известным нам законам. За это время ничего подобного, ни искажения пространства, ни складки времени вблизи Солнечной системы не появилось. Вероятно, для этого нет подходящих условий. Та часть Млечного пути, в которой пребывает система звезды Солнце, является спокойным и стабильным участком космоса.

Земля и черная дыра

Ученые допускают мысль, что появление черных дыр не случайно. Такие объекты выполняют во Вселенной роль санитаров, уничтожающих излишек космических тел. Что же касается судьбы самих монстров, то их эволюция еще до конца не изучена.

militaryarms.ru

ЧЕРНАЯ ДЫРА – это… Что такое ЧЕРНАЯ ДЫРА?

  • ЧЕРНАЯ ДЫРА — ЧЕРНАЯ ДЫРА, локализованный участок космического пространства, из которого не может вырваться ни вещество, ни излучение, иными словами, первая космическая скорость превосходит скорость света. Граница этого участка называется горизонтом событий.… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЧЕРНАЯ ДЫРА — космич. объект, возникающий в результате сжатия тела гравитац. силами до размеров, меньших его гравитационного радиуса rg=2g/c2 (где М масса тела, G гравитац. постоянная, с численное значение скорости света). Предсказание о существовании во… …   Физическая энциклопедия

  • черная дыра — сущ., кол во синонимов: 2 • звезда (503) • неизвестность (11) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Черная дыра — космический объект, образованный при неограниченном гравитационном сжатии массивных космических тел. Излучение черной дыры заперто гравитацией, в результате звезда является невидимой. Считается, что черная дыра есть конечная стадия эволюции… …   Астрономический словарь

  • черная дыра — астрон. Область в пространстве, возникшая в результате полного гравитационного коллапса вещества, в которой гравитационное притяжение так велико, что ни вещество, ни свет, ни другие носители информации не могут ее покинуть. Черная дыра окружена… …   Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

  • Черная дыра — Общая теория относительности Математическая формулировка ОТО Космология Фундаментальные идеи Специальная теория относительности …   Википедия

  • Черная дыра — евразийское пространство Хартленда (Восточной Европы, России) в геополитических воззрениях современных атлантистов …   Геоэкономический словарь-справочник

  • Черная дыра Калькутты — (Black Hole of Calcutta), тюремная камера в Форте Уильям в Калькутте (Индия), названная так в 1756 г., потому что в ней якобы задохнулось неск. узников англичан. Они были брошены туда набобом (правителем) Сираджем уд Да улой в наказание за… …   Всемирная история

  • Черная дыра (фильм) — Чёрная дыра Pitch Black Жанр боевик, ужасы Режиссёр Дэвид Туи Продюсер Том Энгелмен …   Википедия

  • Черная дыра (фильм, 2000) — Чёрная дыра Pitch Black Жанр боевик, ужасы Режиссёр Дэвид Туи Продюсер Том Энгелмен …   Википедия

    • dic.academic.ru

    10 фактов о черных дырах, которые должен знать каждый

    Черные дыры — это, пожалуй, самые загадочные объекты Вселенной. Если, конечно, где-то в глубинах не скрываются вещи, о существовании которых мы не знаем и знать не можем, что вряд ли. Черные дыры — это колоссальная масса и плотность, сжатая в одну точку небольшого радиуса. Физические свойства этих объектов настолько странные, что заставляют ломать голову самых искушенных физиков и астрофизиков. Сабина Хоссфендер, физик-теоретик, сделала подборку десяти фактов о черных дырах, которые должен знать каждый.

    Что такое черная дыра?

    Определяющим свойством черной дыры является ее горизонт. Это граница, преодолев которую ничто, даже свет, не сможет вернуться обратно. Если отделенная область становится отделенной навсегда, мы говорим о «горизонте событий». Если же она только временно отделена, мы говорим о «видимом горизонте». Но это «временно» также может означать, что область будет отделенной гораздо дольше нынешнего возраста Вселенной. Если горизонт черной дыры является временным, но долгоживущим, разница между первым и вторым расплывается.

    Насколько большие черные дыры?

    Можно представить горизонт черной дыры как сферу, и ее диаметр будет прямо пропорциональным массе черной дыры. Поэтому чем больше массы падает в черную дыру, тем больше становится черная дыра. По сравнению со звездными объектами, впрочем, черные дыры крошечные, потому что масса сжимается в очень малые объемы под действием непреодолимого гравитационного давления. Радиус черной дыры массой с планету Земля, например, всего несколько миллиметров. Это в 10 000 000 000 раз меньше настоящего радиуса Земли.

    Радиус черной дыры называется радиусом Шварцшильда в честь Карла Шварцшильда, который впервые вывел черные дыры как решение для общей теории относительности Эйнштейна.

    Что происходит на горизонте?

    Когда вы пересекаете горизонт, вокруг вас ничего особенного не происходит. Все из-за принципа эквивалентности Эйнштейна, из которого следует, что нельзя найти разницу между ускорением в плоском пространстве и гравитационным полем, создающим кривизну пространства. Тем не менее наблюдатель вдали от черной дыры, который наблюдает за тем, как кто-то другой падает в нее, заметит, что человек будет двигаться все медленнее и медленнее, подходя к горизонту. Будто бы время вблизи горизонта событий движется медленнее, чем вдали от горизонта. Однако пройдет некоторое время, и падающий в дыру наблюдатель пересечет горизонт событий и окажется внутри радиуса Шварцшильда.

    То, что вы испытываете на горизонте, зависит от приливных сил гравитационного поля. Приливные силы на горизонте обратно пропорциональны квадрату массы черной дыры. Это означает, что чем больше и массивнее черная дыра, тем меньше силы. И если только черная дыра будет достаточно массивна, вы сможете преодолеть горизонт еще до того, как заметите, что что-то происходит. Эффект этих приливных сил растянет вас: технический термин, который для этого используют физики, называется «спагеттификация».

    В первые дни общей теории относительности считалось, что на горизонте существ

    hi-news.ru

    Черные дыры: описание, факты, классификация

    Объекты глубокого космоса > Черные дыры

    Рассмотрите загадочные и невидимые черные дыры во Вселенной: интересные факты, исследование Эйнштейна, сверхмассивные и промежуточные типы, теория, строение.

    Черные дыры – одни из наиболее интересных и таинственных объектов в космическом пространстве. Обладают высокой плотностью, а гравитационная сила настолько мощная, что даже свету не удается вырваться за ее пределы.

    Впервые о черных дырах заговорил Альберт Эйнштейн в 1916 году, когда создал общую теорию относительности. Сам термин возник в 1967 году благодаря Джону Уилеру. А первую черную дыру «заметили» в 1971 году.

    Классификация черных дыр включает три типа: черные дыры звездной массы, сверхмассивные и черные дыры средней массы. Обязательно посмотрите видео про черные дыры, чтобы узнать много интересных фактов и познакомиться с этими загадочными космическими формированиями поближе.

    Интересные факты о черных дырах

    • Если вы оказались внутри черной дыры, то гравитация будет вас растягивать. Но бояться не нужно, ведь вы умрете еще до того, как достигнете сингулярности. Исследования 2012 года предположили, что квантовые эффекты превращают горизонт событий в огненную стену, сделавшую из вас кучку пепла.
    • Черные дыры не «всасывают». Этот процесс вызывается вакуумом, которого нет в этом образовании. Так что материал просто падает.
    • Первой черной дырой стал Лебедь Х-1, найденный ракетами со счетчиками Гейгера. В 1971 году ученые получили сигнал радиоизлучения от Лебедя Х-1. Этот объект стал предметом спора между Кипом Торном и Стивеном Хокингом. Последний считал, что это не черная дыра. В 1990 году он признал свое поражение.
    • Крошечные черные дыры могли появиться сразу после Большого Взрыва. Стремительно вращающееся пространство сжимало некоторые области в плотные дыры, с меньшей массивностью, чем у Солнца.
    • Если звезда подойдет слишком близко, то ее может разорвать.
    • По общим подсчетам, существует примерно до миллиарда звездных черных дыр с массой втрое больше солнечной.
    • Если сравнивать теорию струн и классическую механику, то первая порождает больше разновидностей массивных гигантов.

    Опасность черных дыр

    Когда у звезды заканчивается топливо, она может запустить процесс саморазрушения. Если ее масса была втрое больше солнечной, то оставшееся ядро станет нейтронной звездой или белым карликом. Но более крупная звезда трансформируется в черную дыру.

    Зависимость между массой черной дыры и массой балджа

    Такие объекты маленькие, но обладают невероятной плотностью. Представьте, что перед вами объект, размером в город, но его масса в три раза больше солнечной. Это создает невероятно огромную гравитационную силу, которая притягивает пыль и газ, увеличивая ее размеры. Вы удивитесь, но в Млечном Пути может располагаться несколько сотен миллионов звездных черных дыр.

    Сверхмассивные черные дыры

    Конечно, ничто во Вселенной не сравнится с устрашающими сверхмассивными черными дырами. Они превосходят солнечную массу в миллиарды раз. Полагают, что такие объекты есть практически в каждой галактике. Ученые пока не знают всех тонкостей процесса формирования. Скорее всего, они вырастают за счет накапливания массы из окружающего пыли и газа.

    Размер крупнейшей из известных черных дыр

    Возможно, они обязаны своим масштабам слиянию тысячи небольших черных дыр. Или же могло разрушиться целое звездное скопление.

    Черные дыры в центрах галактик

    Астрофизик Ольга Сильченко об открытии сверхмассивной черной дыры в туманности Андромеды, исследованиях Джона Корменди и темных гравитирующих телах:

    Природа космических радиоисточников

    Астрофизик Анатолий Засов о синхротронном излучении, черных дырах в ядрах далеких галактик и нейтральном газе:

    Промежуточные черные дыры

    Не так давно ученые нашли новый вид – черные дыры средней массы (промежуточные). Они могут формироваться, когда звезды в скоплении сталкиваются, поддавшись цепной реакции. В итоге, падают в центр и формируют сверхмассивную черную дыру.

    Рост черных дыр

    В 2014 году астрономы обнаружили промежуточный тип в рукаве спиральной галактики. Их очень сложно найти, потому что могут располагаться в непредсказуемых местах.

    Микрочерные дыры

    Физик Эдуард Боос о безопасности БАК, рождении микрочерной дыры и понятии мембраны:

    Теория черных дыр

    Черные дыры – чрезвычайно массивные объекты, но охватывают сравнительно скромный объем пространства. Кроме того, обладают огромной гравитацией, не позволяя объектам (и даже свету) покинуть их территорию. Однако, напрямую увидеть их невозможно. Исследователям приходится обращаться к излучению, появляющемуся, когда черная дыра питается.

    Черные дыры в сливающихся галактиках

    Интересно, но бывает так, что вещество, направляющееся к черной дыре, отскакивает от горизонта событий и выбрасывается наружу. При этом формируются яркие струи материала, передвигающиеся на релятивистских скоростях. Эти выбросы можно зафиксировать на больших дистанциях.

    Черные дыры – удивительные объекты, в которых сила тяжести настолько огромна, что может сгибать свет, деформировать пространство и искажать время.

    В черных дырах можно выделить три слоя: внешний и внутренний горизонт событий и сингулярность.

    Горизонт событий черной дыры – граница, где у света пропадают все шансы на бегство. Как только частичка переходит этот рубеж, она не сможет уйти. Внутренняя область, где находится масса черной дыры, называется сингулярностью.

    Черная дыра Млечного Пути может являться источником высокоэнергетических нейтрино

    Если мы говорим с позиции классической механики, то ничто не может покинуть черную дыру. Но квантовая вносит свою поправку. Дело в том, что у каждой частицы есть античастица. Они обладают одинаковыми массами, но разным зарядом. Если пересеклись, то могут аннигилировать друг друга.

    Когда такая пара возникает за пределами горизонта событий, то одна из них может втянуться, а вторая оттолкнется. Из-за этого горизонт способен уменьшиться, а черная дыра разрушиться. Ученые все еще пытаются изучить этот механизм.

    Аккреция

    Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:

    Наиболее известные черные дыры

    Часто задаваемые вопросы о черных дырах

    – Что такое черная дыра?

    Если более емко, то черная дыра – определенный участок в космосе, в котором сконцентрировано такое огромное количество массы, что ни одному объекту не удается избежать гравитационного влияния. Когда речь идет о гравитации, мы полагаемся на общую теорию относительности, предложенную Альбертом Эйнштейном. Чтобы разобраться в деталях изучаемого объекта, будем двигаться поэтапно.

    Давайте представим, что вы находитесь на поверхности планеты и подбрасываете булыжник. Если вы не обладаете мощью Халка, то не сможете приложить достаточно силы. Тогда камень поднимется на определенную высоту, но под давлением гравитации рухнет обратно. Если же у вас есть скрытый потенциал зеленого силача, то вы способны придать объекту достаточное ускорение, благодаря которому он полностью покинет зону гравитационного воздействия. Это называется «скорость убегания».

    Если разбить на формулу, то эта скорость зависит от планетарной массы. Чем она больше, тем мощнее гравитационный захват. Скорость вылета будет полагаться на то, где именно вы находитесь: чем ближе к центру, тем проще выбраться. Скорость вылета нашей планеты – 11.2 км/с, а вот Луны – 2.4 км/с.

    Приближаемся к самому интересному. Допустим у вас есть объект с невероятной концентрацией массы, собранной в крошечном месте. В таком случае скорость убегания превышает скорость света. А мы знаем, что ничто не движется быстрее этого показателя, а значит, никто не сможет преодолеть такую силу и сбежать. Даже световому лучу это не под силу!

    Еще в 18 веке Лаплас размышлял над чрезвычайной концентрацией массы. После общей теории относительности Карл Шварцшильд смог найти математическое решение для уравнения теории, чтобы описать подобный объект. Дальше свою лепту внесли Оппенгеймер, Волькофф и Снайдер (1930-е гг.). С того момента люди начали обсуждать эту тему всерьез. Стало ясно: когда у массивной звезды заканчивается топливо, она не способна противостоять силе гравитации и обязана рухнуть в черную дыру.

    В теории Эйнштейна гравитация выступает проявлением кривизны в пространстве и времени. Дело в том, что обычные геометрические правила здесь не работают и массивные объекты искажают пространство-время. Черная дыра обладает причудливыми свойствами, поэтому ее искажение видно отчетливее всего. Например, у объекта есть «горизонт событий». Это поверхность сферы, отмечающая черту дыры. То есть, если вы перешагнете этот предел, то назад пути нет.

    Если буквально, то это место, где скорость убегания приравнивается к световой. Вне этого места скорость убегания уступает скорости света. Но если ваша ракета способна разогнаться, то энергии хватит на побег.

    Сам горизонт довольно странный с точки зрения геометрии. Если вы расположены далеко, то вам покажется, что смотрите на статическую поверхность. Но если подойти ближе, то приходит осознание, что она движется наружу со световой скоростью! Теперь понятно, почему легко войти, но так сложно сбежать. Да, это очень запутанно, ведь фактически горизонт стоит на месте, но одновременно и мчится со скоростью света. Это как в ситуации с Алисой, которой нужно было бежать максимально быстро, чтобы просто остаться на месте.

    При попадании в горизонт, пространство и время переживают такое сильное искажение, что координаты начинают описывать роли радиального расстояния и времени переключения. То есть «r», отмечающая дистанцию от центра, становится временной, а за «пространственность» теперь отвечает «t». В итоге, вы не сможете перестать передвигаться с меньшим показателем r, как и не способны в обычном времени попасть в будущее. Вы придете к сингулярности, где r = 0. Можно выбрасывать ракеты, запускать двигатель на максимум, но вам не убежать.

    Термин «черная дыра» придумал Джон Арчибальд Уилер. До этого их называли «остывшими звездами».

    Черные дыры

    Физик Эмиль Ахмедов об изучении черных дыр, Карле Шварцшильде и гигантских черных дырах:

    – Насколько велика черная дыра?

    Существует два способа вычислить, насколько что-то велико. Можно назвать массу или какую величину занимает участок. Если брать первый критерий, то нет конкретного предела массивности черной дыры. Можно использовать любое количество, если вы способны сжать ее до необходимой плотности.

    Большая часть этих образований появилась после смерти массивных звезд, поэтому можно ожидать, что их вес должен быть равнозначен. Типичная масса для такой дыры должна быть в 10 раз больше солнечной – 1031 кг. Кроме того, в каждой галактике должна проживать центральная сверхмассивная черная дыра, чья масса превосходит солнечную в миллион раз – 1036 кг.

    Чем массивнее объект, тем больше массы охватывает. Радиус горизонта и масса прямо пропорциональны, то есть, если черная дыра весит в 10 раз больше другой, то и ее радиус в 10 раз крупнее. Радиус дыры с солнечной массивностью равняется 3 км, а если в миллион раз больше, то 3 миллиона км. Кажется, что это невероятно массивные вещи. Но не будем забывать, что для астрономии это стандартные понятия. Солнечный радиус достигает 700000 км, а у черной дыры у в 4 раза больше.

    – Что случится, если вы упадете в черную дыру?

    Допустим, что вам не повезло и ваш корабль неумолимо движется к сверхмассивной черной дыре. Нет смысла бороться. Вы просто выключили двигатели и идете навстречу неизбежному. Чего ожидать?

    Начнем с невесомости. Вы пребываете в свободном падении, поэтому экипаж, корабль и все детали невесомы. Чем ближе подходите к центру отверстия, тем сильнее ощущаются приливные гравитационные силы. Например, ваши ноги ближе к центру, чем голова. Тогда вам начинает казаться, что вас растягивают. В итоге, вас просто разорвет на части.

    Эти силы неприметны, пока вы не подойдете на удаленность в 600000 км от центра. Это уже после черты горизонта. Но мы говорим об огромном объекте. Если вы падаете в дыру с солнечной массой, то приливные силы охватили бы вас в 6000 км от центра и разорвали до того, как вы подошли к горизонту (поэтому мы отправляем вас в большую, чтобы смогли умереть уже внутри дыры, а не на подходе).

    Что внутри? Не хочется разочаровывать, но ничего примечательного. Некоторые объекты могут искажаться по внешнему виду и больше ничего необычного. Даже после перехода горизонта вы будете видеть вещи вокруг себя, так как они движутся с вами.

    Сколько на все это уйдет времени? Все завит от вашей удаленности. Например, вы начали с точки покоя, где сингулярность в 10 раз больше радиуса дыры. Для подхода к горизонту понадобится лишь 8 минут, а затем еще 7 секунд, чтобы войти в сингулярность. Если падаете в маленькую черную дыру, то все произойдет быстрее.

    Как только перешагнете горизонт, можете стрелять ракетами, кричать и плакать. На все это у вас 7 секунд, пока не попадете в сингулярность. Но ничего уже не спасет. Поэтому просто насладитесь поездкой.

    – Что увидит мой друг с безопасного расстояния?

    Допустим, вы обречены и падаете в дыру, а ваш друг/подруга наблюдает за этим издалека. Ну, он увидит все по-другому. Заметит, что ближе к горизонту вы замедлите свой ход. Но даже если человек просидит сотню лет, он так и не дождется, когда вы достигнете горизонта.

    Попробуем объяснить. Черная дыра могла появиться из коллапсирующей звезды. Так как материал разрушается, то Кирилл (пусть будет вашим другом) видит его уменьшение, но никогда не заметит подхода к горизонту. Именно поэтому их называли «замороженными звездами», ведь кажется, будто они замерзают с определенным радиусом.

    В чем же дело? Назовем это оптической иллюзией. Для формирования дыры не нужна бесконечность, как и для перехода через горизонт. По мере вашего подхода свету требуется больше времени, чтобы добраться к Кириллу. Если точнее, то излучение в реальном времени от вашего перехода зафиксируется у горизонта навечно. Вы уже давно перешагнули за линию, а Кирилл все еще наблюдает световой сигнал.

    Или же можно подойти с другой стороны. Время тянется дольше возле горизонта. Например, вы обладаете супермощным кораблем. Вам удалось приблизиться к горизонту, побыть там пару минут и выбраться живым к Кириллу. Кого же вы увидите? Старика! Ведь для вас время текло намного медленнее.

    Что тогда верно? Иллюзия или игра времени? Все зависит от используемой системы координат при описании черной дыры. Если полагаться на координаты Шварцшильда, то при пересечении горизонта временная координата (t) приравнивается к бесконечности. Но показатели этой системы предоставляют размытое представление того, что происходит возле самого объекта. У линии горизонта все координаты искажаются (сингулярность). Но вам можно использовать обе системы координат, поэтому два ответа имеют силу.

    В реальности вы просто станете невидимкой, и Кирилл перестанет вас видеть еще до того, как пройдет много времени. Не стоит забывать о красном смещении. Вы излучаете наблюдаемый свет на определенной волне, но Кирилл увидит его на более длинной. Волны удлиняются по мере приближения к горизонту. Кроме того, не стоит забывать, что излучение происходит в определенных фотонах.

    Например, в момент перехода вы отправите последний фотон. Он достигнет Кирилла в определенное конечное время (примерно час для сверхмассивной черной дыры).

    – А не может ли черная дыра поглотить все вещество во Вселенной?

    Конечно, нет. Не забывайте про существование горизонта событий. Только из этой области вы не можете выбраться. Достаточно просто не приближаться к ней и чувствуйте себя спокойно. Более того, с безопасного расстояния вам этот объект будет казаться самым обычным.

    Информационный парадокс Хокинга

    Физик Эмиль Ахмедов о действии гравитации на электромагнитные волны, информационном парадоксе черных дыр и принципе предсказуемости в науке:

    – Что будет, если наша звезда станет черной дырой?

    Не паникуйте, так как Солнцу никогда не трансформироваться в подобный объект, потому что ему просто не хватит массы. Тем более, что оно будет сохранять свой теперешний внешний вид еще 5 миллиардов лет. Затем перейдет к этапу красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и хорошо поджарив нашу планету, а затем станет обычным белым карликом.

    Но давайте предадимся фантазии. Итак, Солнце стало черной дырой. Начнем с того, что сразу нас укутает темнота и холод. Земля и прочие планеты не будут всасываться в дыру. Они продолжат вращаться вокруг нового объекта по обычным орбитам. Почему? Потому что горизонт будет достигать всего 3 км, и гравитация ничего не сможет с нами сделать.

    – Есть доказательства существования черных дыр?

    Да. Естественно, мы не можем полагаться на видимое наблюдение, так как свету не удается вырваться. Но есть косвенные улики. Например, вы видите участок, в котором может быть черная дыра. Как это проверить? Начните с измерения массы. Если видно, что в одной области ее слишком много или она как бы незаметна, то вы на верном пути. Есть две точки поиска: галактический центр и двойные системы с рентгеновским излучением.

    Таким образом, в 8 галактиках нашли массивные центральные объекты, чья масса ядер колеблется от миллиона до миллиарда солнечных. Массу вычисляют через наблюдение за скоростью вращения звезд и газа вокруг центра. Чем быстрее, тем больше должна быть масса, чтобы удержать их на орбите.

    Эти массивные объекты считают черными дырами по двум причинам. Ну, больше просто нет вариантов. Нет ничего массивнее, темнее и компактнее. К тому же есть теория, что у всех активных и крупных галактиках в центре прячется такой монстр. Но все же это не 100% доказательства.

    Но в пользу теории говорят две последних находки. У ближайшей активной галактики заметили систему «водяного мазера» (мощный источник микроволнового излучения) возле ядра. При помощи интерферометра ученые отобразили распределение газовых скоростей. То есть, они измерили скорость в пределах половины светового года в галактическом центре. Это помогло им понять, что внутри расположен массивный объект, чей радиус достигает половины светового года.

    Вторая находка убеждает еще больше. Исследователи при помощи рентгена наткнулись на спектральную линию галактического ядра, указывающую на присутствие рядом атомов, скорость движения которых невероятно высокая (1/3 световой). Кроме того, излучение соответствовало красному смещению, что отвечает горизонту черной дыры.

    Еще один класс можно найти в Млечном Пути. Это звездные черные дыры, формирующиеся после взрыва сверхновой. Если бы они существовали отдельно, то даже вблизи мы бы вряд ли ее заметили. Но нам везет, ведь большинство существуют в двойных системах. Их легко отыскать, так как черная дыра будет тянуть массу своего соседа и влиять на него гравитацией. «Вырванный» материал формирует аккреционный диск, в котором все нагревается, а значит, создает сильное излучение.

    Предположим, вам удалось найти двойную систему. Как понять, что компактный объект представляет собою черную дыру? Снова обращаемся к массе. Для этого измерьте орбитальную скорость соседней звезды. Если масса невероятно огромная при таких малых размерах, то вариантов больше не остается.

    – Как исчезают черные дыры?

    Это сложный механизм. Подобную тему Стивен Хокинг затронул еще в 1970-х годах. Он говорил, что черные дыры не совсем «черные». Там присутствуют квантово-механические эффекты, заставляющие ее создавать излучение. Постепенно дыра начинает сжиматься. Скорость излучения растет с уменьшением массы, поэтому дыра излучает все больше и ускоряет процесс сжатия, пока не растворится.

    Однако, это лишь теоретическая схема, ведь никто не может точно сказать, что происходит на последнем этапе. Некоторые думают, что остается небольшой, но стабильный след. Современные теории не придумали пока ничего лучше. Но сам процесс невероятен и сложен. Приходится вычислять параметры в искривленном пространстве-времени, а сами результаты не поддаются проверке в привычных условиях.

    – Почему они испаряются?

    Здесь можно воспользоваться Законом сохранения энергии, но только для коротких продолжительностей. Вселенная может создавать энергию и массу с нуля, но только они должны быстро исчезать. Одно из проявлений – вакуумные флуктуации. Пары частиц и античастиц вырастают из ниоткуда, существуют определенный недолгий срок и гибнут во взаимном уничтожении. При их появлении энергетический баланс нарушается, но все восстанавливается после исчезновения. Кажется фантастикой, но этот механизм подтвержден экспериментально.

    Допустим, одна из вакуумных флуктуаций действует возле горизонта черной дыры. Возможно, одна из частиц падает внутрь, а вторая убегает. Сбежавшая забирает с собою часть энергии дыры и может попасть на глаза наблюдателю. Ему покажется, что темный объект просто выпустил частицу. Но процесс повторяется, и мы видим непрерывный поток излучения из черной дыры.

    – А не может ли черная дыра испариться до того, как я туда попаду?

    Мы уже говорили, что Кириллу кажется, будто вам нужна бесконечность, чтобы перешагнуть через линию горизонта. Кроме того, упоминалось, что черные дыры испаряются через конечный временной промежуток. То есть, когда вы достигнете горизонта, дыра исчезнет?

    Нет. Когда мы описывали наблюдения Кирилла, мы не говорили о процессе испарения. Но, если этот процесс присутствует, то все меняется. Ваш друг увидит, как вы перелетите через горизонт именно в момент испарения. Почему?

    Над Кириллом властвует оптическая иллюзия. Излучаемому свету в горизонте событий нужно много времени, чтобы добраться к другу. Если дыра длится вечно, то свет может идти бесконечно долго, и Кирилл не дождется перехода. Но, если дыра испарилась, то свет уже ничто не остановит, и он доберется к парню в момент взрыва излучения. Но вам уже все равно, ведь вы давно погибли в сингулярности.

    – Что такое белая дыра?

    В формулах общей теории относительности есть интересная особенность – симметричность во времени. Например, в любом уравнении вы можете представить, что время течет назад и получите другое, но все же правильно, решение. Если применить этот принцип к черным дырам, то рождается белая дыра.

    Черная дыра – определенная область, из которой ничто не может выбраться. Но второй вариант, это белая дыра, в которую ничто не может упасть. Фактически, она все отталкивает. Хотя, с математической точки зрения, все выглядит гладко, но это не доказывает их существование в природе. Скорее всего, их нет, как и способа это выяснить.

    – Что такое червоточина?

    До этого момента мы говорили о классике черных дыр. Они не вращаются и лишены электрического заряда. А вот в противоположном варианте начинается самое интересное. Например, вы можете попасть внутрь, но избежать сингулярности. Более того, ее «внутренность» способна контактировать с белой дырой. То есть, вы попадете в своеобразный туннель, где черная дыра – вход, а белая – выход. Подобную комбинацию называют червоточиной.

    Интересно, что белая дыра может находиться в любом месте, даже в другой Вселенной. Если уметь управлять такими червоточинами, то мы обеспечим быструю транспортировку в любую область пространства. А еще круче – возможность путешествий во времени.

    Но не пакуйте рюкзак, пока не узнаете несколько моментов. К сожалению, велика вероятность, что таких формирований нет. Мы уже говорили, что белые дыры – вывод из математических формул, а не реальный и подтвержденный объект. Да и все наблюдаемые черные дыры создают падение материи и не формируют червоточин. И конечная остановка – сингулярность.

    Но даже реальная червоточина лишена стабильности. Небольшое нарушение (например, ваше путешествие) может привести к коллапсу. Не верите? Тогда как насчет безопасности? Стабильная червоточина не обеспечит вам комфортного передвижения. Излучение внутри нее (реликтовое, звездное и т.д.) пребывает в синхронности на высоких частотах. Войти в такое место – это добровольное согласие поджариться.

    Наблюдательные проявления черных дыр и кротовых нор

    Астрофизик Александр Шацкий о фурье-образе, интерферометре «Радиоастрон» и объектах с нетривиальной топологией:

    v-kosmose.com

    Оставить комментарий