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

Godine 1784. engleski svećenik i prirodnjak John Michell prvi je put spomenuo u pismu Kraljevskom društvu hipotetičko masivno tijelo koje ima tako jaku gravitaciju da bi druga kosmička brzina za njega premašila brzinu svjetlosti. Druga kosmička brzina je brzina koja bi relativno malom objektu bila potrebna da savlada gravitaciju nebeskog tijela i napusti zatvorenu orbitu oko ovog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo gustine Sunca i radijusa od 500 solarnih radijusa imat će na svojoj površini drugu kosmičku brzinu jednaku brzini svjetlosti. U tom slučaju, čak ni svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, pa će stoga ovo tijelo samo apsorbirati dolaznu svjetlost i ostati nevidljivo za posmatrača - neka vrsta crne mrlje na pozadini tamnog prostora.

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

Ajnštajnova jednačina

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

Dakle, rješenje Ajnštajnovih jednačina predstavljeno je sa četiri opcije za četiri moguća tipa crnih rupa:

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

Formiranje crne rupe

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

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

Druga dva scenarija ostaju hipotetička:

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

Struktura i fizika crnih rupa

Struktura crne rupe prema Schwarzschildu uključuje samo dva elementa koja su ranije spomenuta: singularnost i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je nemoguće povući pravu liniju kroz nju, kao i da većina postojećih fizičkih teorija unutar nje ne funkcionira. Dakle, fizika singulariteta danas ostaje misterija za naučnike. crna rupa - ovo je neka vrsta granice, prelazeći koju, fizički objekt gubi sposobnost da se vrati iza nje i nedvosmisleno "padne" u singularnost crne rupe.

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

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

Od čega se sastoji CHD?

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

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

Šta se dešava ako upadnete u crnu rupu?

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

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

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

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

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

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

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

Crne rupe u svemiru

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

• crna rupa zvjezdane mase. Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela sposobnog da formira takvu crnu rupu je 2,5 - 3 solarne mase.
• Crne rupe srednje mase. Uvjetni srednji tip crnih rupa koje su se povećale zbog apsorpcije obližnjih objekata, kao što su akumulacije plina, susjedna zvijezda (u sistemima od dvije zvijezde) i druga kosmička tijela.
• Supermasivna crna rupa. Kompaktni objekti sa 10 5 -10 10 solarnih masa. Karakteristična svojstva ovakvih BH su paradoksalno niska gustina, kao i slabe plimne sile, o kojima je ranije bilo riječi. To je ova supermasivna crna rupa u centru naše galaksije Mliječni put (Strijelac A*, Sgr A*), kao i većine drugih galaksija.

Kandidati za CHD

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

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

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

Koliko crnih rupa ima u našoj galaksiji?

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

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

Najveća crna rupa

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

Druge dvije poznate crne rupe, iako nisu imenovane, od najveće su važnosti za proučavanje crnih rupa, jer su eksperimentalno potvrdile svoje postojanje, a dale su i važne rezultate za proučavanje gravitacije. Riječ je o događaju GW150914, koji se zove sudar dvije crne rupe u jednu. Ovaj događaj je omogućio registraciju.

Detekcija crnih rupa

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

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

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

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

Metode detekcije

Razmotrite metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:

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

Mlaz u galaksiji M87 udara iz centra crne rupe

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

Spajanje i sudaranje crnih rupa

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

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

Kako crne rupe umiru?

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

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

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

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

Neriješen problem fizike crne rupe

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

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

Zanimljive činjenice o crnim rupama

Sumirajući gore navedeno, možemo istaknuti nekoliko zanimljivih i neobičnih karakteristika prirode crnih rupa:

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

Crne rupe - možda najmisteriozniji i najzagonetniji astronomski objekti u našem svemiru, privukle su pažnju stručnjaka i uzbuđuju maštu pisaca naučne fantastike od svog otkrića. Šta su crne rupe i kako izgledaju? Crne rupe su ugašene zvijezde, zbog svojih fizičkih karakteristika, koje imaju tako veliku gustinu i tako snažnu gravitaciju da čak ni svjetlost ne može pobjeći iz njih.

Istorija otkrića crnih rupa

Po prvi put, teorijsko postojanje crnih rupa, mnogo prije njihovog stvarnog otkrića, sugerirao je neko D. Michel (engleski svećenik iz Jorkšira, koji je ljubitelj astronomije u slobodno vrijeme) davne 1783. godine. Prema njegovim proračunima, ako uzmemo naš i sabijemo ga (modernim kompjuterskim rječnikom, arhiviramo) na radijus od 3 km, formira se tako velika (baš ogromna) gravitacijska sila da je ne može napustiti ni svjetlost. Tako se pojavio pojam “crne rupe”, iako u stvari uopće nije crna, po našem mišljenju bi prikladniji bio termin “tamna rupa”, jer se upravo radi o odsustvu svjetlosti.

Kasnije, 1918. godine, veliki naučnik Albert Ajnštajn pisao je o pitanju crnih rupa u kontekstu. Ali tek 1967. godine, trudom američkog astrofizičara Johna Wheelera, koncept crnih rupa konačno je osvojio mjesto u akademskim krugovima.

Kako god bilo, i D. Michel, i Albert Einstein, i John Wheeler u svojim radovima pretpostavljali su samo teorijsko postojanje ovih misterioznih nebeskih objekata u svemiru, međutim, pravo otkriće crnih rupa dogodilo se 1971. godine. zatim da su prvi put primećeni u svemiru.teleskop.

Ovako izgleda crna rupa.

Kako nastaju crne rupe u svemiru?

Kao što znamo iz astrofizike, sve zvijezde (uključujući naše Sunce) imaju ograničenu količinu goriva. I iako život zvijezde može trajati milijarde godina, prije ili kasnije ovom uslovnom zalihu goriva dolazi kraj i zvijezda se „ugasi“. Proces "izumiranja" zvijezde praćen je intenzivnim reakcijama, tokom kojih zvijezda prolazi kroz značajnu transformaciju i, ovisno o svojoj veličini, može se pretvoriti u bijelog patuljka, neutronsku zvijezdu ili crnu rupu. Štoviše, najveće zvijezde, koje imaju nevjerovatno impresivne dimenzije, obično se pretvaraju u crnu rupu - zbog kompresije ovih najnevjerovatnijih veličina, masa i gravitacijska sila novonastale crne rupe se množe, što se pretvara u neku vrstu galaktičkog vakuuma. čistač - upija sve i sve oko sebe.

Crna rupa proguta zvijezdu.

Mala napomena - naše Sunce, po galaktičkim standardima, uopće nije velika zvijezda, a nakon blijeđenja, koje će se dogoditi za oko nekoliko milijardi godina, najvjerovatnije se neće pretvoriti u crnu rupu.

Ali budimo iskreni - danas naučnici još uvijek ne znaju sve zamršenosti formiranja crne rupe, nesumnjivo, ovo je izuzetno složen astrofizički proces, koji sam po sebi može trajati milionima godina. Iako je moguće napredovati u tom smjeru, otkrivanje i naknadno proučavanje tzv. međucrnih rupa, odnosno zvijezda koje su u stanju izumiranja, u kojem se odvija aktivan proces formiranja crne rupe. . Inače, sličnu zvijezdu su astronomi otkrili 2014. godine u kraku spiralne galaksije.

Koliko crnih rupa postoji u svemiru

Prema teorijama modernih naučnika, u našoj galaksiji Mliječni put može postojati i do stotine miliona crnih rupa. Ne može ih biti ništa manje u galaksiji pored nas, do koje nema šta da leti sa našeg Mlečnog puta - 2,5 miliona svetlosnih godina.

Teorija crnih rupa

Uprkos ogromnoj masi (koja je stotine hiljada puta veća od mase našeg Sunca) i neverovatnoj snazi ​​gravitacije, nije bilo lako videti crne rupe kroz teleskop, jer one uopšte ne emituju svetlost. Naučnici su uspjeli primijetiti crnu rupu tek u trenutku njenog "obroka" - apsorpcije druge zvijezde, u ovom trenutku se pojavljuje karakteristično zračenje koje se već može primijetiti. Tako je teorija crne rupe našla stvarnu potvrdu.

Svojstva crnih rupa

Glavno svojstvo crne rupe su njena nevjerovatna gravitacijska polja, koja ne dozvoljavaju okolnom prostoru i vremenu da ostanu u svom uobičajenom stanju. Da, dobro ste čuli, vrijeme unutar crne rupe teče mnogo puta sporije nego inače, a da ste bili tamo, onda biste se vraćajući nazad (da ste imali sreće, naravno) bili iznenađeni kada biste primijetili da su na Zemlji prošli vijekovi, a nećeš ni ostariti imati vremena. Iako budimo iskreni, da ste unutar crne rupe, teško da biste preživjeli, jer je tamo gravitacijska sila takva da bi se bilo koji materijalni objekt jednostavno raspao, čak ni na dijelove, na atome.

Ali da ste čak i blizu crne rupe, u granicama njenog gravitacionog polja, onda bi i vama bilo teško, jer što ste se više opirali njenoj gravitaciji, pokušavajući da odletite, brže biste upali u nju. Razlog za ovaj naizgled paradoks je gravitaciono vrtložno polje, koje poseduju sve crne rupe.

Šta ako osoba upadne u crnu rupu

Isparavanje crnih rupa

Engleski astronom S. Hawking otkrio je zanimljivu činjenicu: crne rupe također, ispostavilo se, emituju. Istina, ovo se odnosi samo na rupe relativno male mase. Snažna gravitacija oko njih stvara parove čestica i antičestica, jednu od njih rupa povlači unutra, a drugu izbacuje prema van. Dakle, crna rupa zrači tvrde antičestice i gama zrake. Ovo isparavanje ili zračenje iz crne rupe nazvano je po naučniku koji ju je otkrio - "Hawkingovo zračenje".

Najveća crna rupa

Prema teoriji crnih rupa, u centru gotovo svih galaksija nalaze se ogromne crne rupe s masama od nekoliko miliona do nekoliko milijardi solarnih masa. I relativno nedavno, naučnici su otkrili dvije najveće crne rupe poznate do danas, one se nalaze u dvije obližnje galaksije: NGC 3842 i NGC 4849.

NGC 3842 je najsjajnija galaksija u sazvežđu Lava, koja se nalazi na udaljenosti od 320 miliona svetlosnih godina od nas. U njegovom središtu nalazi se ogromna crna rupa sa masom od 9,7 milijardi solarnih masa.

NGC 4849 je galaksija u jatu Koma, udaljena 335 miliona svjetlosnih godina, koja se može pohvaliti jednako impresivnom crnom rupom.

Zone djelovanja gravitacionog polja ovih džinovskih crnih rupa, ili akademski rečeno, njihov horizont događaja je oko 5 puta veći od udaljenosti od Sunca do! Takva crna rupa bi pojela naš solarni sistem i čak se ne bi ugušila.

Najmanja crna rupa

Ali postoje vrlo mali predstavnici u velikoj porodici crnih rupa. Dakle, najveća patuljasta crna rupa koju su naučnici otkrili u ovom trenutku po svojoj masi je samo 3 puta veća od mase našeg Sunca. Zapravo, ovo je teoretski minimum neophodan za formiranje crne rupe, da je ta zvijezda malo manja, rupa se ne bi formirala.

Crne rupe su kanibali

Da, postoji takav fenomen, kao što smo gore napisali, crne rupe su neka vrsta "galaktičkih usisivača" koji upijaju sve oko sebe, uključujući ... druge crne rupe. Nedavno su astronomi otkrili da crnu rupu iz jedne galaksije jede drugi veliki crni proždrljivac iz druge galaksije.

• Prema hipotezama nekih naučnika, crne rupe nisu samo galaktički usisivači koji usisavaju sve u sebe, već pod određenim okolnostima i same mogu generirati nove svemire.
• Crne rupe mogu ispariti tokom vremena. Gore smo pisali da je engleski naučnik Stephen Hawking otkrio da crne rupe imaju svojstvo zračenja i da nakon nekog jako dugog vremenskog perioda, kada više nema šta da apsorbuje okolo, crna rupa će početi više da isparava, sve dok na kraju svu svoju masu predaje okolnom prostoru. Iako je ovo samo pretpostavka, hipoteza.
• Crne rupe usporavaju vrijeme i savijaju prostor. Već smo pisali o dilataciji vremena, ali će prostor u uslovima crne rupe biti potpuno zakrivljen.
• Crne rupe ograničavaju broj zvijezda u svemiru. Naime, njihova gravitaciona polja sprečavaju hlađenje oblaka gasa u svemiru iz kojih se, kao što znate, rađaju nove zvezde.

Crne rupe na Discovery Channelu, video

I na kraju, nudimo vam zanimljiv naučni dokumentarac o crnim rupama sa kanala Discovery.

Prilikom pisanja članka trudio sam se da bude što zanimljiviji, korisniji i kvalitetniji. Bio bih zahvalan za svaku povratnu informaciju i konstruktivnu kritiku u obliku komentara na članak. Svoju želju/pitanje/prijedlog također možete napisati na moj mail [email protected] ili na Fejsbuku, uz poštovanje, autor.

« Naučna fantastika može biti korisna – stimuliše maštu i ublažava strah od budućnosti. Međutim, naučne činjenice mogu biti mnogo upečatljivije. Naučna fantastika nije čak ni zamislila stvari poput crnih rupa.»
Stephen Hawking

U dubinama svemira za čovjeka se kriju bezbrojne misterije i misterije. Jedna od njih su crne rupe - objekti koje ni najveći umovi čovječanstva ne mogu razumjeti. Stotine astrofizičara pokušavaju da otkriju prirodu crnih rupa, ali u ovoj fazi nismo ni dokazali njihovo postojanje u praksi.

Filmski reditelji im posvećuju svoje filmove, a među običnim ljudima crne rupe su postale toliko kultni fenomen da se poistovjećuju sa smakom svijeta i neminovnom smrću. Boje ih se i mrze, ali su u isto vrijeme idolizirani i klanjaju se nepoznatom, kojim su prepuni ovi čudni fragmenti Univerzuma. Slažem se, da te proguta crna rupa je takva vrsta romantike. Uz njihovu pomoć, to je moguće, a mogu nam postati i vodiči.

Žuta štampa često spekuliše o popularnosti crnih rupa. Pronalaženje naslova u novinama vezanih za smak svijeta na planeti zbog još jednog sudara sa supermasivnom crnom rupom nije problem. Mnogo gore je što nepismeni dio stanovništva sve shvaća ozbiljno i diže pravu paniku. Da bismo unijeli malo jasnoće, krenut ćemo na putovanje do porijekla otkrića crnih rupa i pokušati razumjeti šta je to i kako se s tim povezati.

nevidljive zvezde

Dogodilo se da moderni fizičari opisuju strukturu našeg svemira uz pomoć teorije relativnosti, koju je Ajnštajn brižljivo pružio čovečanstvu početkom 20. veka. Sve su tajanstvenije crne rupe, na čijem horizontu događaja prestaju da funkcionišu svi nama poznati zakoni fizike, uključujući i Ajnštajnovu teoriju. Zar nije divno? Osim toga, pretpostavka o postojanju crnih rupa izražena je mnogo prije rođenja samog Ajnštajna.

Godine 1783. došlo je do značajnog porasta naučne aktivnosti u Engleskoj. U to vrijeme nauka je išla rame uz rame s religijom, dobro su se slagali, a naučnici se više nisu smatrali jereticima. Štaviše, sveštenici su se bavili naučnim istraživanjem. Jedan od tih Božjih slugu bio je engleski pastor John Michell, koji je sebi postavljao ne samo životna pitanja, već i sasvim naučne zadatke. Michell je bio vrlo zvani naučnik: u početku je bio nastavnik matematike i antičke lingvistike na jednom od koledža, a nakon toga je primljen u Kraljevsko društvo u Londonu zbog brojnih otkrića.

John Michell se bavio seizmologijom, ali je u slobodno vrijeme volio razmišljati o vječnom i kosmosu. Tako je došao na ideju da negdje u dubinama Univerzuma mogu postojati supermasivna tijela sa tako snažnom gravitacijom da je za savladavanje gravitacijske sile takvog tijela potrebno kretati se brzinom jednakom ili veća od brzine svetlosti. Ako takvu teoriju prihvatimo kao istinitu, onda čak ni svjetlost neće moći razviti drugu kosmičku brzinu (brzinu potrebnu da se savlada gravitacijsko privlačenje tijela koje odlazi), pa će takvo tijelo ostati nevidljivo golim okom.

Michell je svoju novu teoriju nazvao "tamnim zvijezdama", a istovremeno je pokušao izračunati masu takvih objekata. On je svoje mišljenje o ovom pitanju izrazio u otvorenom pismu Kraljevskom društvu u Londonu. Nažalost, u to vrijeme takva istraživanja nisu bila od posebne vrijednosti za nauku, pa je Michellovo pismo poslano u arhiv. Samo dvije stotine godina kasnije, u drugoj polovini 20. stoljeća, pronađena je među hiljadama drugih zapisa pažljivo pohranjenih u antičkoj biblioteci.

Prvi naučni dokazi za postojanje crnih rupa

Nakon objavljivanja Ajnštajnove Opšte teorije relativnosti, matematičari i fizičari su ozbiljno pristupili rešavanju jednačina koje je predstavio nemački naučnik, a koje su trebale da nam govore mnogo o strukturi Univerzuma. Njemački astronom, fizičar Karl Schwarzschild odlučio je da učini isto 1916. godine.

Naučnik je, koristeći svoje proračune, došao do zaključka da je postojanje crnih rupa moguće. On je takođe bio prvi koji je opisao ono što je kasnije nazvano romantičnom frazom "horizont događaja" - imaginarna granica prostor-vremena u crnoj rupi, nakon prelaska koje dolazi do tačke bez povratka. Ništa ne pobjegne s horizonta događaja, čak ni svjetlost. Izvan horizonta događaja javlja se takozvana „singularnost“, u kojoj prestaju da funkcionišu zakoni fizike koji su nam poznati.

Nastavljajući da razvija svoju teoriju i rješava jednadžbe, Schwarzschild je otkrio nove tajne crnih rupa za sebe i svijet. Dakle, uspio je izračunati, isključivo na papiru, udaljenost od centra crne rupe, gdje je koncentrisana njena masa, do horizonta događaja. Schwarzschild je ovu udaljenost nazvao gravitacijskim radijusom.

Uprkos činjenici da su Schwarzschildova rješenja matematički bila izuzetno ispravna i da se nisu mogla opovrgnuti, naučna zajednica s početka 20. stoljeća nije mogla odmah prihvatiti tako šokantno otkriće, a postojanje crnih rupa je otpisano kao fantazija, koja tu i tamo manifestovao se u teoriji relativnosti. Sljedećih petnaest godina proučavanje prostora za prisustvo crnih rupa bilo je sporo, a njime se bavilo samo nekoliko pristalica teorije njemačkog fizičara.

Zvezde koje rađaju tamu

Nakon što su Ajnštajnove jednačine rastavljene, došlo je vreme da se izvučeni zaključci iskoristi za razumevanje strukture Univerzuma. Konkretno, u teoriji evolucije zvijezda. Nije tajna da ništa u našem svijetu ne traje vječno. Čak i zvijezde imaju svoj ciklus života, iako duži od čovjeka.

Jedan od prvih naučnika koji se ozbiljno zainteresovao za evoluciju zvezda bio je mladi astrofizičar Subramanyan Chandrasekhar, rodom iz Indije. Godine 1930. objavio je naučni rad koji opisuje navodnu unutrašnju strukturu zvijezda, kao i njihov životni ciklus.

Već početkom 20. vijeka naučnici su nagađali o takvom fenomenu kao što je gravitacijsko skupljanje (gravitacijski kolaps). U određenom trenutku svog života, zvezda počinje da se skuplja ogromnom brzinom pod uticajem gravitacionih sila. Po pravilu, to se dešava u trenutku smrti zvezde, međutim, sa gravitacionim kolapsom, postoji nekoliko načina za dalje postojanje usijane lopte.

Chandrasekharov supervizor, Ralph Fowler, ugledni teoretski fizičar svog vremena, sugerirao je da se tokom gravitacionog kolapsa svaka zvijezda pretvara u manju i topliju - bijelog patuljka. Ali ispostavilo se da je učenik "razbio" teoriju nastavnika, koju je dijelila većina fizičara početkom prošlog vijeka. Prema radu mladog hinduista, smrt zvezde zavisi od njene početne mase. Na primjer, samo one zvijezde čija masa ne prelazi 1,44 puta masu Sunca mogu postati bijeli patuljci. Ovaj broj je nazvan Chandrasekhar limit. Ako je masa zvijezde premašila ovu granicu, onda ona umire na potpuno drugačiji način. Pod određenim uslovima, takva zvijezda u trenutku smrti može se ponovno roditi u novu, neutronsku zvijezdu - još jednu misteriju modernog Univerzuma. Teorija relativnosti nam, s druge strane, govori još o jednoj mogućnosti - kompresiji zvijezde na ultra-male vrijednosti, i tu počinje ono najzanimljivije.

Godine 1932. u jednom od naučnih časopisa pojavio se članak u kojem je briljantni fizičar iz SSSR-a Lev Landau sugerirao da se tokom kolapsa supermasivna zvijezda sabija u tačku beskonačno malog polumjera i beskonačne mase. Uprkos činjenici da je takav događaj vrlo teško zamisliti sa stanovišta nespremne osobe, Landau nije bio daleko od istine. Fizičar je takođe sugerisao da bi, prema teoriji relativnosti, gravitacija u takvoj tački bila toliko velika da bi počela da iskrivljuje prostor-vreme.

Astrofizičarima se svidjela Landauova teorija i nastavili su je razvijati. Godine 1939., u Americi, zahvaljujući naporima dvojice fizičara - Roberta Openheimera i Hartlanda Sneijdera - pojavila se teorija koja detaljno opisuje supermasivnu zvijezdu u trenutku kolapsa. Kao rezultat takvog događaja, trebala se pojaviti prava crna rupa. Uprkos uvjerljivosti argumenata, naučnici su i dalje poricali mogućnost postojanja takvih tijela, kao i transformacije zvijezda u njih. Čak se i Ajnštajn ogradio od ove ideje, smatrajući da zvezda nije sposobna za takve fenomenalne transformacije. Drugi fizičari nisu bili škrti u svojim izjavama, nazivajući mogućnost ovakvih događaja smiješnom.
Međutim, nauka uvijek dođe do istine, samo treba malo pričekati. I tako se dogodilo.

Najsjajniji objekti u svemiru

Naš svijet je skup paradoksa. Ponekad u njemu koegzistiraju stvari, čiji suživot prkosi svakoj logici. Na primjer, pojam "crna rupa" kod normalne osobe ne bi bio povezan s izrazom "nevjerovatno svijetla", ali otkriće ranih 60-ih godina prošlog stoljeća omogućilo je naučnicima da ovu izjavu smatraju netačnom.

Astrofizičari su uz pomoć teleskopa uspjeli otkriti dosad nepoznate objekte na zvjezdanom nebu, koji su se ponašali prilično čudno uprkos činjenici da su izgledali kao obične zvijezde. Proučavajući ove čudne svjetiljke, američki naučnik Martin Schmidt skrenuo je pažnju na njihovu spektrografiju, čiji su podaci pokazali različite rezultate od skeniranja drugih zvijezda. Jednostavno, ove zvijezde nisu bile poput ostalih na koje smo navikli.

Odjednom je Šmitu sinulo i on je skrenuo pažnju na pomak spektra u crvenom opsegu. Ispostavilo se da su ti objekti mnogo dalje od nas od zvijezda koje smo navikli vidjeti na nebu. Na primer, objekat koji je Šmit primetio nalazio se dve i po milijarde svetlosnih godina od naše planete, ali je sijao kao zvezda udaljena oko sto svetlosnih godina. Ispostavilo se da je svjetlost jednog takvog objekta uporediva sa sjajem cijele galaksije. Ovo otkriće je bilo pravi proboj u astrofizici. Naučnik je ove objekte nazvao "kvazizvjezdani" ili jednostavno "kvazar".

Martin Schmidt je nastavio proučavati nove objekte i otkrio da takav sjajan sjaj može biti uzrokovan samo jednim razlogom - akrecijom. Akrecija je proces apsorpcije okolne materije od strane supermasivnog tijela uz pomoć gravitacije. Naučnik je došao do zaključka da se u centru kvazara nalazi ogromna crna rupa, koja nevjerovatnom snagom uvlači u sebe materiju koja je okružuje u svemiru. U procesu apsorpcije materije od strane rupe, čestice se ubrzavaju do ogromnih brzina i počinju svijetliti. Neobična svjetleća kupola oko crne rupe naziva se akrecijski disk. Njegova vizualizacija dobro je prikazana u filmu Christophera Nolana "Interstellar", koji je pokrenuo mnoga pitanja "kako crna rupa može svijetliti?".

Do danas su naučnici pronašli hiljade kvazara na zvezdanom nebu. Ovi čudni, nevjerovatno svijetli objekti nazivaju se svjetionicima svemira. Oni nam omogućavaju da malo bolje zamislimo strukturu kosmosa i približimo se trenutku od kojeg je sve počelo.

Uprkos činjenici da astrofizičari već dugi niz godina pribavljaju indirektne dokaze o postojanju supermasivnih nevidljivih objekata u Univerzumu, termin "crna rupa" nije postojao sve do 1967. godine. Kako bi izbjegao komplicirana imena, američki fizičar John Archibald Wheeler predložio je da se takvi objekti nazovu "crnim rupama". Zašto ne? Donekle su crne, jer ih ne vidimo. Osim toga, privlače sve, možete upasti u njih, baš kao u pravu rupu. A izaći iz takvog mjesta prema modernim zakonima fizike je jednostavno nemoguće. Međutim, Stephen Hawking tvrdi da kada putujete kroz crnu rupu, možete ući u drugi Univerzum, drugi svijet, a to je nada.

Strah od beskonačnosti

Zbog prevelike misterije i romantizacije crnih rupa, ovi predmeti su među ljudima postali prava horor priča. Žuta štampa voli da spekuliše o nepismenosti stanovništva, objavljujući neverovatne priče o tome kako se ogromna crna rupa kreće prema našoj Zemlji, koja će za nekoliko sati progutati Sunčev sistem, ili jednostavno emitovati talase otrovnog gasa prema našem planeta.

Posebno je popularna tema uništenja planete uz pomoć Velikog hadronskog sudarača, koji je izgrađen u Evropi 2006. godine na teritoriji Evropskog vijeća za nuklearna istraživanja (CERN). Talas panike počeo je kao nečija glupa šala, ali je rastao kao gruda snijega. Neko je pokrenuo glasinu da bi se u akceleratoru čestica sudarača mogla stvoriti crna rupa koja bi u potpunosti progutala našu planetu. Naravno, ogorčeni su počeli tražiti zabranu eksperimenata na LHC-u, plašeći se takvog ishoda. Počele su da stižu tužbe Evropskom sudu u kojima se traži zatvaranje sudarača, a naučnici koji su ga kreirali budu kažnjeni po najvećoj meri zakona.

U stvari, fizičari ne poriču da se prilikom sudara čestica u Velikom hadronskom sudaraču mogu pojaviti objekti slični crnim rupama, ali njihova veličina je na nivou veličine elementarnih čestica, a takve "rupe" postoje tako kratko vrijeme. da ne možemo ni evidentirati njihovu pojavu.

Jedan od glavnih stručnjaka koji pokušavaju rastjerati val neznanja pred ljudima je Stephen Hawking - poznati teoretski fizičar, koji se, osim toga, smatra pravim "guruom" po pitanju crnih rupa. Hawking je dokazao da crne rupe ne upijaju uvijek svjetlost koja se pojavljuje u akrecijskim diskovima, a dio se raspršuje u svemir. Ovaj fenomen je nazvan Hawkingovo zračenje ili isparavanje crne rupe. Hawking je također uspostavio vezu između veličine crne rupe i brzine njenog "isparavanja" - što je manja, to manje postoji u vremenu. A to znači da svi protivnici Velikog hadronskog sudarača ne bi trebali brinuti: crne rupe u njemu neće moći postojati ni milioniti dio sekunde.

Teorija nije dokazana u praksi

Nažalost, tehnologije čovječanstva u ovoj fazi razvoja ne dozvoljavaju nam da testiramo većinu teorija koje su razvili astrofizičari i drugi naučnici. S jedne strane, postojanje crnih rupa je prilično uvjerljivo dokazano na papiru i izvedeno pomoću formula u kojima se sve konvergira sa svakom varijablom. S druge strane, u praksi još nismo uspjeli svojim očima vidjeti pravu crnu rupu.

Unatoč svim nesuglasicama, fizičari sugeriraju da u centru svake od galaksija postoji supermasivna crna rupa, koja svojom gravitacijom skuplja zvijezde u jata i tjera vas da putujete po svemiru u velikom i prijateljskom društvu. U našoj galaksiji Mliječni put, prema različitim procjenama, ima od 200 do 400 milijardi zvijezda. Sve ove zvijezde se okreću oko nečega što ima ogromnu masu, oko nečega što ne možemo vidjeti teleskopom. Najvjerovatnije se radi o crnoj rupi. Treba li da se plaši? - Ne, barem ne u narednih nekoliko milijardi godina, ali možemo snimiti još jedan zanimljiv film o njoj.

Crna rupa je područje prostor-vremena, čije je gravitaciono privlačenje toliko veliko da ga čak ni objekti koji se kreću brzinom svjetlosti, uključujući kvante svjetlosti, ne mogu napustiti. Granica ovog područja naziva se horizont događaja, a njegova karakteristična veličina se naziva gravitacijski radijus.

Ideja o "crnoj rupi" prvi put se pojavila 1916. godine, kada je fizičar Schwarzschild rješavao Ajnštajnove jednačine. Matematika je dovela do čudnog zaključka o postojanju kompaktnih objekata, oko kojih se javlja horizont događaja sa zanimljivim svojstvima. Ali sam termin "crna rupa" još nije postojao. Horizont događaja je prostor prostora koji okružuje crnu rupu, u kojoj materija nikada neće moći napustiti ovo područje i pasti u crnu rupu. Svjetlost još uvijek može savladati ogromnu silu gravitacije, poslati posljednje tokove iz materije koja nestaje, ali samo za kratko vrijeme, sve dok padajuća materija ne uđe u takozvanu zonu singulariteta, iza koje se nalazi Karl Schwarzschild, njemački astronom. osnivača teorijske astrofizike, više nije

1930-ih, Chadwick je otkrio neutron. Ubrzo je postavljena hipoteza o postojanju neutrina zvijezda, koje se pri velikim masama ispostavljaju nestabilnim i skupljaju se u stanje kolapsa. Termin "crna rupa" još uvijek nije postojao. I tek krajem 1960-ih, Amerikanac John Wheeler je rekao "crna rupa". Ovo je tačka u prostoru u kojoj materija i energija nestaju pod uticajem gravitacionih sila. Na ovom mjestu su gravitacijske sile toliko jake da je sve u blizini bukvalno usisano. Odatle ne mogu pobjeći čak ni svjetlosni zraci, pa je crna rupa potpuno nevidljiva. John Wheeler, američki fizičar

"Crna rupa" se može otkriti specifičnim rendgenskim zračenjem koje nastaje kada usisava materiju u sebe. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća američki satelit "Uhuru" (na jednom od afričkih dijalekata - "Freedom") snimio je specifičnu emisiju rendgenskih zraka. Od tada "crna rupa" ne postoji samo u proračunima. Za ove studije Rikardo Đakoni je dobio Nobelovu nagradu 2002. Riccardo Giacconi, američki fizičar italijanskog porijekla, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 2002. "za pronalazak rendgenske astronomije i pronalazak rendgenskog teleskopa"

U ovom trenutku, naučnici su otkrili oko hiljadu objekata u svemiru, koji su klasifikovani kao crne rupe. Ukupno, sugerišu naučnici, postoje desetine miliona takvih objekata. Trenutno je jedini pouzdan način da se crna rupa razlikuje od drugog tipa objekta izmjeriti masu i dimenzije objekta i uporediti njegov polumjer s gravitacijskim radijusom, koji je dat formulom = , gdje je G gravitacijska konstanta , M je masa objekta, c je supermasivna crna rupa brzina svjetlosti. Proširene veoma velike crne rupe čine jezgro većine galaksija. To uključuje masivnu crnu rupu u jezgru naše galaksije, Strijelac A*, koja je najbliža supermasivna crna rupa Suncu. Trenutno, većina naučnika smatra da je postojanje crnih rupa zvjezdanih i galaktičkih razmjera pouzdano dokazano astronomskim opservacijama. Američki astronomi su otkrili da se mase supermasivnih crnih rupa mogu značajno podcijeniti. Istraživači su otkrili da da bi se zvijezde kretale u galaksiji M87 (koja se nalazi na udaljenosti od 50 miliona svjetlosnih godina od Zemlje) kako se sada promatra, masa centralne crne rupe mora biti poput Radio galaksije. Slika µ A, rendgenski mlaz je vidljiv (plavi) dug 300 hiljada svjetlosnih godina, dolazi iz

Detekcija supermasivnih crnih rupa Dokazi o postojanju supermasivnih crnih rupa u centralnim regionima galaksija smatraju se najpouzdanijim. Danas je rezolucija teleskopa nedovoljna za razlikovanje područja svemira reda gravitacionog radijusa crne rupe. Postoji mnogo načina za određivanje mase i približnih dimenzija supermasivnog tijela, ali većina njih se zasniva na mjerenju karakteristika orbita objekata koji rotiraju oko njih (zvijezde, radio izvori, plinoviti diskovi). U najjednostavnijem i prilično uobičajenom slučaju, preokret se dešava duž Keplerovih orbita, o čemu svjedoči proporcionalnost brzine rotacije satelita i kvadratnog korijena velike poluose orbite: . U ovom slučaju, masa središnjeg tijela se nalazi po dobro poznatoj formuli.

Koncept crne rupe poznat je svima - od školaraca do starijih, koristi se u naučnoj i fiktivnoj literaturi, u žutim medijima i na naučnim konferencijama. Ali ne znaju svi šta su tačno ove rupe.

Iz istorije crnih rupa

1783 Prvu hipotezu o postojanju takvog fenomena kao što je crna rupa iznio je 1783. engleski naučnik John Michell. U svojoj teoriji spojio je dvije Newtonove kreacije - optiku i mehaniku. Michellova ideja je bila sljedeća: ako je svjetlost tok sićušnih čestica, onda bi, kao i sva druga tijela, čestice trebale iskusiti privlačenje gravitacionog polja. Ispostavilo se da što je zvijezda masivnija, svjetlosti je teže oduprijeti se njenoj privlačnosti. 13 godina nakon Michella, francuski astronom i matematičar Laplace iznio je (najvjerovatnije nezavisno od svog britanskog kolege) sličnu teoriju.

1915 Međutim, sva njihova djela ostala su nezatražena do početka 20. stoljeća. Godine 1915. Albert Einstein je objavio Opću teoriju relativnosti i pokazao da je gravitacija zakrivljenost prostor-vremena uzrokovana materijom, a nekoliko mjeseci kasnije njemački astronom i teorijski fizičar Karl Schwarzschild ju je iskoristio za rješavanje specifičnog astronomskog problema. Istražio je strukturu zakrivljenog prostor-vremena oko Sunca i ponovo otkrio fenomen crnih rupa.

(John Wheeler je skovao termin "crne rupe")

1967 Američki fizičar John Wheeler ocrtao je prostor koji se može zgužvati, kao komad papira, u beskonačno malu tačku i označio termin "Crna rupa".

1974 Britanski fizičar Stephen Hawking dokazao je da crne rupe, iako gutaju materiju bez povratka, mogu emitovati zračenje i na kraju ispariti. Ovaj fenomen se naziva "Hawkingovo zračenje".

2013 Najnovija istraživanja pulsara i kvazara, kao i otkriće kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja, konačno su omogućila da se opiše sam koncept crnih rupa. Godine 2013. plinski oblak G2 došao je vrlo blizu crnoj rupi i vjerovatno će ga apsorbirati, posmatrajući jedinstveni proces pruža velike mogućnosti za nova otkrića karakteristika crnih rupa.

(Masivni objekat Strelac A*, njegova masa je 4 miliona puta veća od Sunca, što implicira skup zvezda i formiranje crne rupe)

2017. Grupa naučnika iz Event Horizon Telescope saradnje nekoliko zemalja, povezujući osam teleskopa sa različitih tačaka Zemljinih kontinenata, obavila je posmatranja crne rupe, koja je supermasivni objekat i nalazi se u galaksiji M87, sazvežđu Djevica. Masa objekta je 6,5 milijardi (!) solarnih masa, gigantski puta veća od masivnog objekta Strijelac A*, za poređenje, prečnik je nešto manji od udaljenosti od Sunca do Plutona.

Posmatranja su vršena u nekoliko faza, počevši od proljeća 2017. godine i tokom 2018. godine. Količina informacija izračunata je u petabajtima, koje je potom trebalo dešifrirati i dobiti pravu sliku ultra-udaljenog objekta. Stoga su bile potrebne još dvije cijele godine da se svi podaci unaprijed skeniraju i spoje u jednu cjelinu.

2019 Podaci su uspješno dekodirani i stavljeni u vidjelo, stvarajući prvu ikada sliku crne rupe.

(Prva ikada slika crne rupe u galaksiji M87 u sazviježđu Djevica)

Rezolucija slike vam omogućava da vidite senku tačke bez povratka u centru objekta. Slika je dobijena kao rezultat interferometrijskih opservacija sa ekstra dugom baznom linijom. To su takozvana sinhrona osmatranja jednog objekta sa više radioteleskopa, međusobno povezanih mrežom i smještenih u različitim dijelovima zemaljske kugle, usmjerenih u jednom smjeru.

Šta su zapravo crne rupe?

Lakonično objašnjenje fenomena zvuči ovako.

Crna rupa je prostorno-vremenski region čija je gravitaciona privlačnost toliko jaka da nijedan objekat, uključujući i kvante svetlosti, ne može da je napusti.

Crna rupa je nekada bila masivna zvezda. Dokle god termonuklearne reakcije održavaju visok pritisak u njegovim crijevima, sve ostaje normalno. Ali s vremenom se zalihe energije iscrpljuju i nebesko tijelo, pod utjecajem vlastite gravitacije, počinje da se smanjuje. Završna faza ovog procesa je kolaps zvjezdanog jezgra i formiranje crne rupe.

• 1. Izbacivanje mlaza crne rupe velikom brzinom


• 2. Disk materije izrasta u crnu rupu


• 3. Crna rupa


• 4. Detaljna šema regije crne rupe


• 5. Veličina pronađenih novih zapažanja

Najčešća teorija kaže da slične pojave postoje u svakoj galaksiji, uključujući i centar našeg Mliječnog puta. Ogromna gravitacija rupe može zadržati nekoliko galaksija oko sebe, sprječavajući ih da se udalje jedna od druge. "Površina pokrivanja" može biti različita, sve zavisi od mase zvezde koja se pretvorila u crnu rupu, a može biti i hiljadama svetlosnih godina.

Schwarzschildov radijus

Glavno svojstvo crne rupe je da se bilo koja materija koja uđe u nju nikada ne može vratiti. Isto važi i za svetlost. U svojoj osnovi, rupe su tijela koja u potpunosti upijaju svu svjetlost koja pada na njih i ne emituju vlastitu. Takvi objekti mogu vizualno izgledati kao ugrušci apsolutne tame.

• 1. Kretanje materije upola manjom brzinom svjetlosti


• 2. Fotonski prsten


• 3. Unutrašnji fotonski prsten


• 4. Horizont događaja u crnoj rupi

Na osnovu Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, ako se telo približi kritičnoj udaljenosti od centra rupe, ono se više ne može vratiti. Ova udaljenost se naziva Schwarzschildov radijus. Šta se tačno dešava unutar ovog radijusa nije poznato sa sigurnošću, ali postoji najčešća teorija. Vjeruje se da je sva materija crne rupe koncentrisana u beskonačno maloj tački, a u njenom središtu se nalazi objekat beskonačne gustine, koji naučnici nazivaju singularnom perturbacijom.

Kako upada u crnu rupu

(Na slici crna rupa Strijelca A* izgleda kao izuzetno svijetla skupina svjetlosti)

Ne tako davno, 2011. godine, naučnici su otkrili oblak gasa, dajući mu jednostavno ime G2, koji emituje neobičnu svjetlost. Takav sjaj može izazvati trenje u plinu i prašini, uzrokovano djelovanjem crne rupe Strijelac A* i koje rotiraju oko nje u obliku akrecionog diska. Tako postajemo posmatrači nevjerovatnog fenomena apsorpcije oblaka plina od strane supermasivne crne rupe.

Prema nedavnim studijama, najbliži pristup crnoj rupi dogodit će se u martu 2014. Možemo ponovo stvoriti sliku kako će se odigrati ovaj uzbudljivi spektakl.

• 1. Kada se prvi put pojavi u podacima, oblak gasa liči na ogromnu loptu gasa i prašine.


• 2. Sada, od juna 2013. godine, oblak je desetinama milijardi kilometara udaljen od crne rupe. U njega pada brzinom od 2500 km/s.


• 3. Očekuje se da će oblak proći crnu rupu, ali sile plime i oseke uzrokovane razlikom u privlačenju koje djeluju na prednju i stražnju ivicu oblaka će uzrokovati da se on sve više izduži.


• 4. Nakon što se oblak razbije, većina njega će se najvjerovatnije pridružiti akrecionom disku oko Strijelca A*, stvarajući udarne talase u njemu. Temperatura će porasti na nekoliko miliona stepeni.


• 5. Dio oblaka će pasti direktno u crnu rupu. Niko ne zna šta će se tačno dogoditi sa ovom supstancom, ali se očekuje da će u procesu pada emitovati snažne tokove rendgenskih zraka, a niko drugi to neće videti.

Video: crna rupa proguta oblak gasa

(Kompjuterska simulacija koliko će oblaka gasa G2 biti uništeno i potrošeno od strane crne rupe Sagittarius A*)

Šta je unutar crne rupe

Postoji teorija koja tvrdi da je crna rupa unutra praktično prazna, a sva njena masa koncentrisana je u neverovatno maloj tački koja se nalazi u samom njenom centru - singularitetu.

Prema drugoj teoriji koja postoji već pola veka, sve što padne u crnu rupu odlazi u drugi univerzum koji se nalazi u samoj crnoj rupi. Sada ova teorija nije glavna.

A postoji i treća, najmodernija i najžilavija teorija, prema kojoj se sve što upadne u crnu rupu rastvara u vibracijama žica na njenoj površini, koja je označena kao horizont događaja.

Dakle, šta je horizont događaja? Nemoguće je pogledati u crnu rupu čak ni sa super-moćnim teleskopom, jer čak i svjetlost, ulaskom u džinovski kosmički lijevak, nema šanse da se vrati. Sve što se nekako može razmotriti nalazi se u njegovoj neposrednoj blizini.

Horizont događaja je uslovna linija površine ispod koje ništa (ni plin, ni prašina, ni zvijezde, ni svjetlost) ne može pobjeći. A ovo je vrlo misteriozna tačka bez povratka u crne rupe Univerzuma.