Juodosios skylės sąvoka žinoma visiems – nuo ​​moksleivių iki pagyvenusių žmonių, ji naudojama mokslinėje ir grožinėje literatūroje, geltonojoje žiniasklaidoje ir kt. mokslines konferencijas. Tačiau ne visi žino, kas tiksliai yra šios skylės.

Iš juodųjų skylių istorijos

1783 m Pirmąją hipotezę apie tokio reiškinio kaip juodoji skylė egzistavimą 1783 metais iškėlė anglų mokslininkas Johnas Michellas. Savo teorijoje jis sujungė du Niutono kūrinius – optiką ir mechaniką. Michell idėja buvo tokia: jei šviesa yra mažų dalelių srautas, tada, kaip ir visi kiti kūnai, dalelės turėtų jausti trauką. gravitacinis laukas. Pasirodo, kuo žvaigždė masyvesnė, tuo šviesai sunkiau atsispirti jos traukai. Praėjus 13 metų po Michelio, prancūzų astronomas ir matematikas Laplasas (greičiausiai nepriklausomai nuo britų kolegos) pateikė panašią teoriją.

1915 m Tačiau visi jų darbai liko nepareikalauti iki XX amžiaus pradžios. 1915 metais Albertas Einšteinas paskelbė Bendrąją reliatyvumo teoriją ir parodė, kad gravitacija yra materijos sukeltas erdvėlaikio kreivumas, o po kelių mėnesių vokiečių astronomas ir teorinis fizikas Karlas Schwarzschildas ją panaudojo spręsdamas konkrečią astronominę problemą. Jis ištyrė išlenkto erdvėlaikio aplink Saulę struktūrą ir iš naujo atrado juodųjų skylių reiškinį.

(John Wheeler sugalvojo terminą „juodosios skylės“)

1967 m Amerikiečių fizikas Johnas Wheeleris apibūdino erdvę, kurią galima suglamžyti kaip popieriaus lapą į be galo mažą tašką ir pavadino terminu „Juodoji skylė“.

1974 m Britų fizikas Stephenas Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės, nors ir praryja medžiagą negrįždamos, gali skleisti spinduliuotę ir galiausiai išgaruoti. Šis reiškinys vadinamas „Hawkingo spinduliuote“.

2013 m Naujausi pulsarų ir kvazarų tyrimai, taip pat kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės atradimas pagaliau leido apibūdinti pačią juodųjų skylių sampratą. 2013 metais dujų debesis G2 priartėjo prie juodosios skylės ir greičiausiai bus jos absorbuojamas, o unikalaus proceso stebėjimas suteikia puikių galimybių naujiems juodųjų skylių ypatybių atradimams.

(Masyvus objektas Šaulys A *, jo masė yra 4 milijonus kartų didesnė nei Saulės, o tai reiškia žvaigždžių spiečius ir juodosios skylės susidarymą)

2017 m. Mokslininkų grupė iš kelių šalių bendradarbiavimo „Event Horizon Telescope“, jungianti aštuonis teleskopus iš skirtingų Žemės žemynų taškų, atliko juodosios skylės, kuri yra supermasyvus objektas ir yra M87 galaktikoje, Mergelės žvaigždyne, stebėjimus. Objekto masė yra 6,5 ​​milijardo (!) Saulės masių, gigantiškai kartų didesnė už masyvų objektą Šaulys A *, palyginimui, skersmuo yra šiek tiek mažesnis nei atstumas nuo Saulės iki Plutono.

Stebėjimai buvo atliekami keliais etapais – nuo ​​2017 m. pavasario ir 2018 m. Informacijos kiekis buvo skaičiuojamas petabaitais, kuriuos vėliau reikėjo iššifruoti ir gauti tikrą itin tolimo objekto vaizdą. Todėl iš anksto nuskaityti visus duomenis ir sujungti juos į vieną visumą prireikė dar dvejų metų.

2019 m Duomenys buvo sėkmingai iššifruoti ir parodyti, kad gautas pirmasis juodosios skylės vaizdas.

(Pirmasis juodosios skylės vaizdas M87 galaktikoje Mergelės žvaigždyne)

Vaizdo raiška leidžia matyti negrįžimo taško šešėlį objekto centre. Vaizdas buvo gautas atlikus interferometrinius stebėjimus su ypač ilga bazine linija. Tai vadinamieji sinchroniniai vieno objekto stebėjimai iš kelių radijo teleskopų, sujungtų tinklu ir išdėstytų skirtingose ​​dalyse. pasaulis nukreipta viena kryptimi.

Kas iš tikrųjų yra juodosios skylės?

Lakoniškas reiškinio paaiškinimas skamba taip.

Juodoji skylė yra erdvės ir laiko sritis, kurios gravitacinė trauka yra tokia stipri, kad joks objektas, įskaitant šviesos kvantus, negali iš jos išeiti.

Juodoji skylė kadaise buvo didžiulė žvaigždė. Kol termobranduolinės reakcijos palaiko aukštą slėgį jo žarnyne, viskas išlieka normalu. Tačiau laikui bėgant energijos atsargos išsenka ir dangaus kūnas, veikiamas savo gravitacijos, pradeda trauktis. Paskutinis šio proceso etapas – žvaigždės šerdies žlugimas ir juodosios skylės susidarymas.

• 1. Juodosios skylės srovės išmetimas dideliu greičiu


• 2. Materijos diskas išauga į juodąją skylę


• 3. Juodoji skylė


• 4. Išsami juodosios skylės srities schema


• 5. Rastų naujų stebėjimų dydis

Labiausiai paplitusi teorija teigia, kad panašių reiškinių yra kiekvienoje galaktikoje, taip pat ir mūsų Paukščių Tako centre. Didžiulė skylės gravitacija gali išlaikyti aplink save kelias galaktikas, neleisdama joms atitolti viena nuo kitos. „Aprėpties sritis“ gali būti skirtinga, viskas priklauso nuo žvaigždės, pavirtusios į juodąją skylę, masės ir gali būti tūkstančiai šviesmečių.

Schwarzschildo spindulys

Pagrindinė juodosios skylės savybė yra ta, kad bet kuri medžiaga, patekusi į ją, nebegali grįžti. Tas pats pasakytina ir apie šviesą. Skylės yra kūnai, kurie visiškai sugeria visą ant jų patenkančią šviesą ir neskleidžia savo. Tokie objektai vizualiai gali atrodyti kaip absoliučios tamsos krešuliai.

• 1. Medžiaga juda perpus šviesos greičiu


• 2. Fotono žiedas


• 3. Vidinis fotono žiedas


• 4. Įvykių horizontas juodojoje skylėje

Remiantis Einšteino Bendrąja reliatyvumo teorija, jei kūnas priartėja prie kritinio atstumo nuo skylės centro, jis nebegali grįžti. Šis atstumas vadinamas Schwarzschildo spinduliu. Kas tiksliai vyksta šiame spindulyje, tiksliai nežinoma, tačiau yra labiausiai paplitusi teorija. Manoma, kad visa juodosios skylės materija yra sutelkta be galo mažame taške, o jo centre yra begalinio tankio objektas, kurį mokslininkai vadina singuliariniu perturbacija.

Kaip jis patenka į juodąją skylę

(Nuotraukoje Šaulio A * juodoji skylė atrodo kaip itin ryškus šviesos spiečius)

Ne taip seniai, 2011 m., mokslininkai atrado dujų debesį, suteikdami jam paprastą pavadinimą G2, kuris skleidžia neįprastą šviesą. Toks švytėjimas gali sukelti dujų ir dulkių trintį, kurią sukelia juodosios skylės Šaulys A * veikimas ir kurios sukasi aplink ją akrecinio disko pavidalu. Taigi mes tampame stebėtojais, stebinčiais nuostabų reiškinį, kai supermasyvi juodoji skylė absorbuoja dujų debesį.

Remiantis naujausiais tyrimais, artimiausia juodoji skylė bus 2014 m. kovo mėn. Galime atkurti vaizdą, kaip vyks šis jaudinantis reginys.

• 1. Kai jis pirmą kartą pasirodo duomenyse, dujų debesis primena didžiulį dujų ir dulkių kamuoliuką.


• 2. Dabar, 2013 m. birželio mėn., debesis nuo juodosios skylės yra nutolęs dešimtis milijardų kilometrų. Jis patenka į jį 2500 km / s greičiu.


• 3. Tikimasi, kad debesis praskris pro juodąją skylę, tačiau potvynių ir atoslūgių jėgos, kurias sukelia traukos skirtumai, veikiantys priekinius ir galinius debesies kraštus, privers jį vis labiau pailgėti.


• 4. Kai debesis sulaužys, didžioji jo dalis greičiausiai susilies į susikaupimo diską aplink Šaulį A* ir jame generuos smūginės bangos. Temperatūra kils iki kelių milijonų laipsnių.


• 5. Dalis debesies pateks tiesiai į juodąją skylę. Niekas tiksliai nežino, kas nutiks šiai medžiagai, tačiau tikimasi, kad krisdama ji skleis galingus srautus. rentgeno spinduliai ir niekas kitas to nepamatys.

Vaizdo įrašas: juodoji skylė praryja dujų debesį

(Kompiuterinis modeliavimas, kiek G2 dujų debesies sunaikins ir sunaudos juodoji skylė Sagittarius A*)

Kas yra juodosios skylės viduje

Egzistuoja teorija, teigianti, kad juodoji skylė viduje yra praktiškai tuščia, o visa jos masė yra sutelkta neįtikėtinai mažame taške, esančiame pačiame jos centre – singuliarume.

Pagal kitą teoriją, gyvuojančią pusę amžiaus, viskas, kas patenka į juodąją skylę, patenka į kitą visatą, esančią pačioje juodojoje skylėje. Dabar ši teorija nėra pagrindinė.

Ir yra trečia, moderniausia ir atkakliausia teorija, pagal kurią viskas, kas patenka į juodąją skylę, ištirpsta stygų virpesiuose jos paviršiuje, kuris yra įvardytas kaip įvykių horizontas.

Taigi, koks yra įvykių horizontas? Pažvelgti į juodosios skylės vidų neįmanoma net su itin galingu teleskopu, nes net šviesa, patekusi į milžinišką kosminį piltuvą, neturi galimybės išlįsti atgal. Viskas, ką galima kažkaip apsvarstyti, yra šalia jo.

Įvykių horizontas yra sąlyginė paviršiaus linija, iš kurios niekas (nei dujos, nei dulkės, nei žvaigždės, nei šviesa) negali ištrūkti. Ir tai yra labai paslaptingas negrįžimo taškas Visatos juodosiose skylėse.

Tarp prancūzų ir britų kartais kyla pusiau juokai, o kartais rimtas ginčas: kas turėtų būti laikomas nematomų žvaigždžių egzistavimo galimybės atradėju? prancūzas P. Laplasas arba anglas J. Michellas? 1973 m. žinomi anglų fizikai teoretikai S. Hawkingas ir G. Ellisas knygoje, skirtoje šiuolaikinėms specialioms erdvės ir laiko struktūros matematinėms problemoms, citavo prancūzo P. Laplaso darbą, įrodydami galimybę juodųjų žvaigždžių buvimas; tada J. Michell darbas dar nebuvo žinomas. 1984 metų rudenį garsus anglų astrofizikas M. Rice'as, kalbėdamas konferencijoje Tulūzoje, sakė, kad nors Prancūzijoje kalbėti nėra labai patogu, jis turi pabrėžti, kad anglas J. Michellas pirmasis išpranašavo nematomas žvaigždes. ir parodė atitinkamo darbo pirmojo puslapio momentinę nuotrauką. Ši istorinė pastaba susirinkusiųjų buvo sutikta ir plojimais, ir šypsenomis.

Kaip neprisiminti prancūzų ir britų diskusijų apie tai, kas iš Urano judėjimo sutrikimų numatė Neptūno planetos padėtį: prancūzas U. Le Verrier ar anglas J. Adamsas? Kaip žinoma, abu mokslininkai savarankiškai teisingai nurodė poziciją nauja planeta. Tada labiau pasisekė prancūzui U. Le Verrier. Toks daugelio atradimų likimas. Dažnai jie atliekami beveik vienu metu ir savarankiškai. skirtingi žmonės Dažniausiai pirmenybė teikiama tiems, kurie giliau įsiskverbė į problemos esmę, tačiau kartais tai tėra likimo kaprizai.

Tačiau P. Laplaso ir J. Michello prognozė dar nebuvo tikroji juodosios skylės prognozė. Kodėl?

Faktas yra tas, kad P. Laplaso laikais tai dar nebuvo žinoma greičiau už šviesą gamtoje niekas negali judėti. Tuštumoje šviesos aplenkti neįmanoma! Tai nustatė Einšteinas m specialioji teorija reliatyvumas jau mūsų amžiuje. Todėl P. Laplasui žvaigždė, kurią jis laikė, buvo tik juoda (nesviečianti), ir jis negalėjo žinoti, kad tokia žvaigždė praranda galimybę kaip nors „bendrauti“ su išoriniu pasauliu, ką nors „pranešti“ tolimi pasauliai apie jame vykstančius įvykius . Kitaip tariant, jis dar nežinojo, kad tai ne tik „juodoji“ skylė, bet ir „skylė“, į kurią galima įkristi, bet neįmanoma išlipti. Dabar mes žinome, kad jei šviesa negali ištrūkti iš kurio nors erdvės regiono, tada išvis niekas negali ištrūkti, ir tokį objektą vadiname juodąja skyle.

Kita priežastis, kodėl P. Laplaso samprotavimai negali būti laikomi griežtais, yra tai, kad jis laikė milžiniškos jėgos gravitacinius laukus, kuriuose krintantys kūnai pagreitinami iki šviesos greičio, o pati išeinanti šviesa gali būti atidėta, ir pritaikė Niutono gravitacijos dėsnį.

A. Einšteinas parodė, kad Niutono gravitacijos teorija tokiems laukams netaikytina, ir sukūrė nauja teorija, galioja supergalioms, taip pat greitai besikeičiančioms sritims (kurioms Niutono teorija taip pat netaikoma!), ir. pavadino ją bendrąja reliatyvumo teorija. Būtent šios teorijos išvadomis reikia remtis įrodant juodųjų skylių egzistavimo galimybę ir tiriant jų savybes.

Bendroji teorija Reliatyvumas yra nuostabi teorija. Ji tokia gili ir liekna, kad kiekvienam ją pažįstančiam sukelia estetinio malonumo jausmą. Sovietų fizikai L. Landau ir E. Lifshitzas savo vadovėlyje „Lauko teorija“ pavadino ją „gražiausia iš visų egzistuojančių fizinių teorijų“. Vokiečių fizikas Maksas Bornas apie reliatyvumo teorijos atradimą pasakė: „Žaviuosi juo kaip meno kūriniu“. BET sovietų fizikas V. Ginzburgas rašė, kad tai sukelia „... jausmą... panašų į tą, kurį patiriama žvelgiant į iškiliausius tapybos, skulptūros ar architektūros šedevrus“.

Daugybė bandymų populiariai pristatyti Einšteino teoriją, žinoma, gali sudaryti bendrą įspūdį apie ją. Tačiau, atvirai kalbant, tai panašu į patį teorijos pažinimo malonumą, kaip į reprodukcijos pažinimą. Sikstas Madonna“ skiriasi nuo patirties, kuri kyla svarstant originalą, sukurtą Rafaelio genijaus.

Ir vis dėlto, kai nėra galimybės grožėtis originalu, galima (ir reikia!) susipažinti su turimomis reprodukcijomis, geriau nei geromis (o yra visokių).

Novikovas I.D.

Juodosios skylės – bene paslaptingiausi ir paslaptingiausi astronominiai objektai mūsų Visatoje nuo pat jų atradimo patraukė žinovų dėmesį ir jaudina mokslinės fantastikos rašytojų vaizduotę. Kas yra juodosios skylės ir kaip jos atrodo? Juodosios skylės yra užgesusios žvaigždės dėl savo fizinių savybių, turinčios tokias didelio tankio o gravitacija tokia galinga, kad net šviesa negali ištrūkti.

Juodųjų skylių atradimo istorija

Pirmą kartą teorinį juodųjų skylių egzistavimą dar gerokai prieš faktinį jų atradimą kažkas D. Michelis (anglų kunigas iš Jorkšyro, laisvalaikiu mėgstantis astronomiją) pasiūlė dar 1783 m. Jo skaičiavimais, jei paimtume savąjį ir suspaustume (šiuolaikiniais kompiuteriniais terminais – archyvuotume) 3 km spinduliu, susidaro tokia didelė (tiesiog didžiulė) gravitacinė jėga, kad net šviesa negali iš jos išeiti. Taip atsirado „juodosios skylės“ sąvoka, nors iš tikrųjų ji visai nejuoda, mūsų nuomone, labiau tiktų terminas „tamsioji skylė“, nes kaip tik ir vyksta šviesos nebuvimas.

Vėliau, 1918 m., didysis mokslininkas Albertas Einšteinas. Tačiau tik 1967 m., amerikiečių astrofiziko Johno Wheelerio pastangomis, juodųjų skylių samprata pagaliau išsikovojo vietą akademiniuose sluoksniuose.

Kad ir kaip ten būtų, tiek D. Michelis, tiek Albertas Einšteinas, tiek Johnas Wheeleris savo darbuose tikino teorinį šių paslaptingų dangaus objektų egzistavimą kosmose, tačiau tikrasis juodųjų skylių atradimas įvyko 1971 m. tada kad jie pirmą kartą buvo pastebėti erdvėje.teleskopas.

Taip atrodo juodoji skylė.

Kaip erdvėje susidaro juodosios skylės?

Kaip žinome iš astrofizikos, visos žvaigždės (įskaitant mūsų Saulę) turi tam tikrą ribotą kuro kiekį. Ir nors žvaigždės gyvenimas gali trukti milijardus metų, anksčiau ar vėliau šis sąlyginis kuro tiekimas baigiasi, o žvaigždė „užgęsta“. Žvaigždės „išnykimo“ procesą lydi intensyvios reakcijos, kurių metu žvaigždė smarkiai virsta ir, priklausomai nuo dydžio, gali virsti balta nykštuke, neutronine žvaigžde ar juodąja skyle. Be to, didžiausios žvaigždės, turinčios neįtikėtinai įspūdingus matmenis, dažniausiai virsta juodąja skyle - dėl šių neįtikėtiniausių dydžių suspaudimo daug kartų padidėja naujai susidariusios juodosios skylės masė ir gravitacinė jėga, kuri virsta savotiškas galaktinis dulkių siurblys – sugeria viską ir viską aplinkui.

Juodoji skylė praryja žvaigždę.

Maža pastaba – mūsų Saulė pagal galaktikos standartus visai nėra didelė žvaigždė, o po išblukimo, kuris įvyks maždaug po kelių milijardų metų, greičiausiai ji nepavirs juodąja skyle.

Bet būkime nuoširdūs – šiandien mokslininkai vis dar nežino visų juodosios skylės formavimosi subtilybių, be jokios abejonės, tai itin sudėtingas astrofizinis procesas, kuris pats savaime gali trukti milijonus metų. Nors galima pažengti į priekį šia kryptimi, aptinkamos ir vėliau tiriamos vadinamosios tarpinės juodosios skylės, tai yra išnykimo būsenos žvaigždės, kuriose vyksta aktyvus juodosios skylės formavimosi procesas. . Beje, panašią žvaigždę 2014 metais astronomai atrado spiralinės galaktikos rankoje.

Kiek juodųjų skylių yra visatoje

Remiantis šiuolaikinių mokslininkų teorijomis, mūsų Paukščių Tako galaktikoje gali būti iki šimtų milijonų juodųjų skylių. Ne mažiau jų gali būti ir šalia mūsų esančioje galaktikoje, į kurią nėra ko skristi iš mūsų Paukščių Tako – 2,5 milijono šviesmečių.

Juodųjų skylių teorija

Nepaisant didžiulės masės (kuri yra šimtus tūkstančių kartų didesnė už mūsų Saulės masę) ir neįtikėtino gravitacijos stiprumo, pro teleskopą įžvelgti juodąsias skyles nebuvo lengva, nes jos visiškai neskleidžia šviesos. Mokslininkams pavyko pastebėti juodąją skylę tik jos „valgymo“ – kitos žvaigždės sugerties – momentu, šiuo metu atsiranda būdinga spinduliuotė, kurią jau galima pastebėti. Taigi juodosios skylės teorija rado tikrą patvirtinimą.

Juodųjų skylių savybės

Pagrindinė juodosios skylės savybė yra neįtikėtini gravitaciniai laukai, neleidžiantys aplinkinei erdvei ir laikui išlikti įprastoje būsenoje. Taip, teisingai išgirdote, laikas juodojoje skylėje teka daug kartų lėčiau nei įprastai, o jei būtumėte ten, tada grįžę atgal (jei jums taip pasisekė, žinoma) nustebtumėte pastebėję, kad Žemėje praėjo šimtmečiai, ir tu net nepasensi turėdamas laiko. Nors būkime tiesūs, jei būtumėte juodosios skylės viduje, vargu ar būtumėte išgyvenę, nes ten tokia gravitacinė jėga, kad bet koks materialus objektas būtų tiesiog suplėšytas, net ne į dalis, į atomus.

Bet jei būtum net arti juodosios skylės, jos gravitacinio lauko ribose, tau taip pat būtų sunku, nes kuo labiau priešiniesi jos gravitacijai, bandydamas nuskristi, tuo greičiau į ją įkristum. Šio iš pažiūros paradokso priežastis yra gravitacinio sūkurio laukas, kurį turi visos juodosios skylės.

Ką daryti, jei žmogus patenka į juodąją skylę

Juodųjų skylių išgarinimas

Anglų astronomas S. Hokingas atrado įdomus faktas: juodosios skylės taip pat išsiskiria. Tiesa, tai taikoma tik santykinai mažos masės skylėms. Galinga gravitacija aplink juos sukuria dalelių ir antidalelių poras, vieną iš porų skylė traukia į vidų, o antrąją išstumia į išorę. Taigi juodoji skylė spinduliuoja kietąsias antidaleles ir gama spindulius. Šis juodosios skylės garavimas arba spinduliuotė buvo pavadinta ją atradusio mokslininko vardu – „Hawkingo spinduliuotė“.

Didžiausia juodoji skylė

Remiantis juodųjų skylių teorija, beveik visų galaktikų centre yra didžiulės juodosios skylės, kurių masė nuo kelių milijonų iki kelių milijardų Saulės masių. Ir palyginti neseniai mokslininkai atrado dvi didžiausias iki šiol žinomas juodąsias skyles, jos yra dviejose netoliese esančiose galaktikose: NGC 3842 ir NGC 4849.

NGC 3842 yra ryškiausia Liūto žvaigždyno galaktika, esanti 320 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų. Jos centre yra didžiulė juodoji skylė, kurios masė siekia 9,7 milijardo Saulės masių.

NGC 4849 yra Komos spiečiaus galaktika, esanti už 335 milijonų šviesmečių, turinti tokią pat įspūdingą juodąją skylę.

Šių milžiniškų juodųjų skylių gravitacinio lauko veikimo zonos arba akademiniu požiūriu jų įvykių horizontas yra maždaug 5 kartus didesni už atstumą nuo Saulės iki! Tokia juodoji skylė suvalgytų mūsų saulės sistema ir net nesusirauktų.

Pati mažiausia juodoji skylė

Tačiau didžiulėje juodųjų skylių šeimoje yra labai mažų atstovų. Taigi šiuo metu mokslininkų aptikta nykštukiškiausia juodoji skylė pagal savo masę yra tik 3 kartus didesnė už mūsų Saulės masę. Tiesą sakant, tai yra teorinis minimumas, būtinas juodajai skylei susidaryti, jei ta žvaigždė būtų šiek tiek mažesnė, skylė nebūtų susidariusi.

Juodosios skylės yra kanibalai

Taip, yra toks reiškinys, kaip rašėme aukščiau, juodosios skylės yra savotiški „galaktiniai dulkių siurbliai“, kurie sugeria viską aplinkui, įskaitant... kitas juodąsias skyles. Neseniai astronomai išsiaiškino, kad juodąją skylę iš vienos galaktikos ėda kitas didelis juodas rijus iš kitos galaktikos.

• Remiantis kai kurių mokslininkų hipotezėmis, juodosios skylės yra ne tik galaktiniai dulkių siurbliai, kurie siurbia viską į save, bet tam tikromis aplinkybėmis gali sukurti naujas visatas.
• Juodosios skylės laikui bėgant gali išgaruoti. Aukščiau rašėme, kad anglų mokslininkas Stephenas Hawkingas atrado, kad juodosios skylės turi spinduliuotės savybę ir po labai ilgo laiko tarpo, kai aplinkui nebebus ką sugerti, juodoji skylė pradės labiau išgaruoti, kol galiausiai atiduoda visą savo masę į supančią erdvę. Nors tai tik prielaida, hipotezė.
• Juodosios skylės sulėtina laiką ir sulenkia erdvę. Jau rašėme apie laiko išsiplėtimą, tačiau erdvė juodosios skylės sąlygomis bus visiškai išlenkta.
• Juodosios skylės riboja žvaigždžių skaičių visatoje. Būtent jų gravitaciniai laukai neleidžia atvėsti erdvėje dujų debesims, iš kurių, kaip žinia, gimsta naujos žvaigždės.

Juodosios skylės Discovery kanale, vaizdo įrašas

Ir pabaigai siūlome jums įdomų mokslinį dokumentinį filmą apie juodąsias skyles iš Discovery kanalo.

Rašydama straipsnį stengiausi, kad jis būtų kuo įdomesnis, naudingesnis ir kokybiškesnis. Būčiau dėkingas už bet kokius atsiliepimus ir konstruktyvią kritiką komentarų apie straipsnį forma. Savo pageidavimą/klausimą/pasiūlymą taip pat galite parašyti į mano paštą [apsaugotas el. paštas] arba feisbuke, su pagarba autorius.

Dėl palyginti neseniai išaugusio susidomėjimo kurti populiariuosius mokslinius filmus apie kosmoso tyrinėjimus, šiuolaikinis žiūrovas daug girdėjo apie tokius reiškinius kaip singuliarumas arba juodoji skylė. Tačiau filmai, aišku, neatskleidžia visos šių reiškinių prigimties, o kartais net iškreipia sukonstruotą mokslines teorijas didesniam efektyvumui. Dėl šios priežasties pristatymas daugelio šiuolaikiniai žmonės apie šiuos reiškinius arba visiškai paviršutiniškai, arba visiškai klaidingai. Vienas iš problemos sprendimų yra Šis straipsnis, kuriame pabandysime suprasti esamus tyrimų rezultatus ir atsakyti į klausimą – kas yra juodoji skylė?

1784 m. anglų kunigas ir gamtininkas Johnas Michellas laiške Karališkajai draugijai pirmą kartą paminėjo hipotetinį masyvų kūną, turintį tokį stiprų gravitacinį potraukį, kad antrasis kosminis greitis viršytų šviesos greitį. Antrasis pabėgimo greitis yra greitis, kurio santykinai mažas objektas turėtų įveikti gravitacinę trauką dangaus kūnas ir eiti už uždaros orbitos aplink šį kūną. Jo skaičiavimais, Saulės tankio ir 500 saulės spindulių spindulio kūnas turės sekundę kosminis greitis lygus šviesos greičiui. Tokiu atveju net šviesa nepaliks tokio kūno paviršiaus, todėl šis kūnas tik sugers įeinančią šviesą ir liks nematomas stebėtojui – savotiška juoda dėmė tamsios erdvės fone.

Tačiau Michell pasiūlyta supermasyvaus kūno koncepcija nesulaukė didelio susidomėjimo iki pat Einšteino darbo. Prisiminkite, kad pastarasis šviesos greitį apibrėžė kaip ribojantį informacijos perdavimo greitį. Be to, Einšteinas išplėtė gravitacijos teoriją greičiui, artimam šviesos greičiui (). Dėl to juodosioms skylėms taikyti Niutono teoriją nebebuvo aktualu.

Einšteino lygtis

Pritaikius juodosioms skylėms bendrąjį reliatyvumą ir išsprendus Einšteino lygtis, buvo atskleisti pagrindiniai juodosios skylės parametrai, kurių yra tik trys: masė, elektros krūvis ir kampinis momentas. Reikėtų pažymėti reikšmingą indų astrofiziko Subramanyano Chandrasekharo indėlį, sukūrusį esminę monografiją: „ matematinė teorija Juodosios skylės."

Taigi Einšteino lygčių sprendimas yra pavaizduotas keturiais keturių galimų juodųjų skylių tipų variantais:

• Juodoji skylė be sukimosi ir be krūvio – Schwarzschildo sprendimas. Vienas pirmųjų juodosios skylės aprašymų (1916 m.), naudojant Einšteino lygtis, tačiau neatsižvelgiant į du iš trijų kūno parametrų. Vokiečių fiziko Karlo Schwarzschildo sprendimas leidžia apskaičiuoti sferinio masyvaus kūno išorinį gravitacinį lauką. Vokiečių mokslininko juodųjų skylių koncepcijos bruožas yra įvykių horizontas ir už jo esantis horizontas. Schwarzschildas taip pat pirmiausia apskaičiavo gravitacinį spindulį, kuris gavo jo pavadinimą, kuris nustato sferos spindulį, kuriame būtų įvykio horizontas tam tikros masės kūnui.
• Juodoji skylė be sukimosi su krūviu – Reisner-Nordström sprendimas. 1916–1918 metais pasiūlytas sprendimas, atsižvelgiant į galimą juodosios skylės elektros krūvį. Šis krūvis negali būti savavališkai didelis ir yra ribotas dėl atsirandančio elektrinio atstūmimo. Pastarąjį turi kompensuoti gravitacinė trauka.
• Juodoji skylė su sukimu ir be krūvio – Kerro sprendimas (1963). Besisukanti Kero juodoji skylė nuo statinės skiriasi tuo, kad yra vadinamoji ergosfera (apie šią ir kitus juodosios skylės komponentus skaitykite toliau).
• BH su sukimu ir įkrovimu – Kerr-Newman sprendimas. Šis sprendimas buvo apskaičiuotas 1965 m. ir šiuo metu yra pats išsamiausias, nes jame atsižvelgiama į visus tris BH parametrus. Tačiau vis dar manoma, kad juodosios skylės gamtoje turi nereikšmingą krūvį.

Juodosios skylės susidarymas

Yra keletas teorijų apie tai, kaip susidaro ir atsiranda juodoji skylė, iš kurių garsiausia yra pakankamai masės žvaigždės atsiradimas dėl gravitacinio žlugimo. Toks suspaudimas gali užbaigti žvaigždžių, kurių masė viršija tris Saulės mases, evoliuciją. Pasibaigus termobranduolinėms reakcijoms tokių žvaigždžių viduje, jos pradeda greitai trauktis į supertankias. Jeigu neutroninės žvaigždės dujų slėgis negali kompensuoti gravitacinių jėgų, tai yra žvaigždės masė įveikia vadinamąją. Oppenheimerio-Volkovo riba, tada žlugimas tęsiasi, dėl ko materija suspaudžiama į juodąją skylę.

Antrasis scenarijus, apibūdinantis juodosios skylės gimimą, yra protogalaktinių dujų, tai yra tarpžvaigždinių dujų, kurios yra transformacijos į galaktiką ar tam tikrą spiečius, suspaudimas. Esant nepakankamam vidiniam slėgiui kompensuoti tas pačias gravitacijos jėgas, gali atsirasti juodoji skylė.

Kiti du scenarijai tebėra hipotetiniai:

• Juodosios skylės atsiradimas dėl to - vadinamasis. pirmapradžių juodųjų skylių.
• Atsiradimas dėl branduolinių reakcijų esant didelei energijai. Tokių reakcijų pavyzdys – eksperimentai su greitintuvais.

Juodųjų skylių struktūra ir fizika

Juodosios skylės struktūra pagal Schwarzschildą apima tik du anksčiau minėtus elementus: juodosios skylės singuliarumą ir įvykių horizontą. Trumpai kalbant apie singuliarumą, galima pastebėti, kad per jį neįmanoma nubrėžti tiesios linijos, be to, dauguma egzistuojančių fizinių teorijų jame neveikia. Taigi, singuliarumo fizika mokslininkams šiandien išlieka paslaptis. juodoji skylė – tai savotiška siena, kurią peržengęs fizinis objektas praranda galimybę grįžti už jos ribų ir vienareikšmiškai „patenka“ į juodosios skylės išskirtinumą.

Juodosios skylės struktūra tampa šiek tiek sudėtingesnė Kero tirpalo atveju, būtent esant BH sukimui. Kerro sprendimas reiškia, kad skylė turi ergosferą. Ergosfera – tam tikra sritis, esanti už įvykių horizonto, kurios viduje visi kūnai juda juodosios skylės sukimosi kryptimi. Ši sritis dar neįdomi ir ją galima palikti, skirtingai nei įvykių horizonte. Ergosfera tikriausiai yra savotiškas akrecinio disko, vaizduojančio aplink masyvius kūnus besisukančią medžiagą, analogas. Jei statinė Schwarzschildo juodoji skylė vaizduojama kaip juodoji sfera, tai Kerio juodoji skylė dėl ergosferos buvimo turi pailgo elipsoido formą, kurios formoje mes dažnai matėme juodąsias skyles brėžiniuose, senovėje. filmai ar vaizdo žaidimai.

• Kiek sveria juodoji skylė? - Didžiausia teorinė medžiaga apie juodosios skylės atsiradimą yra jos atsiradimo scenarijui dėl žvaigždės griūties. Šiuo atveju didžiausią neutroninės žvaigždės masę ir mažiausią juodosios skylės masę lemia Oppenheimerio-Volkovo riba, pagal kurią apatinė BH masės riba yra 2,5 - 3 Saulės masės. Sunkiausios kada nors atrastos juodosios skylės (galaktikoje NGC 4889) masė siekia 21 milijardą Saulės masių. Tačiau nereikėtų pamiršti apie juodąsias skyles, kurios, kaip spėjama, atsiranda dėl didelės energijos branduolinių reakcijų, pavyzdžiui, susidūrimų. Tokių kvantinių juodųjų skylių, kitaip tariant „Planko juodųjų skylių“, masė yra maždaug 2 10–5 g.
• Juodosios skylės dydis. Minimalus BH spindulys gali būti apskaičiuojamas iš minimalios masės (2,5 - 3 saulės masės). Jei Saulės gravitacinis spindulys, ty sritis, kurioje būtų įvykių horizontas, yra apie 2,95 km, tai minimalus 3 Saulės masių BH spindulys bus apie devynis kilometrus. Tokie palyginti maži dydžiai netelpa į galvą, kai kalbama apie masyvius objektus, kurie traukia viską aplinkui. Tačiau kvantinių juodųjų skylių spindulys yra -10–35 m.
• Vidutinis juodosios skylės tankis priklauso nuo dviejų parametrų: masės ir spindulio. Juodosios skylės, kurios masė yra apie tris saulės mases, tankis yra apie 6 10 26 kg/m³, o vandens tankis yra 1000 kg/m³. Tačiau tokių mažų juodųjų skylių mokslininkai nerado. Daugumos aptiktų BH masė yra didesnė nei 105 saulės masės. Yra įdomus modelis, pagal kurį kuo masyvesnė juodoji skylė, tuo mažesnis jos tankis. Šiuo atveju masės pokytis 11 dydžių reiškia tankio pasikeitimą 22 dydžių eilėmis. Taigi juodosios skylės, kurios masė yra 1 ·10 9 saulės masės, tankis yra 18,5 kg/m³, tai yra vienu mažiau nei aukso tankis. O juodųjų skylių, kurių masė didesnė nei 10 10 saulės masių, vidutinis tankis gali būti mažesnis už oro tankį. Remiantis šiais skaičiavimais, logiška manyti, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl didelio medžiagos kiekio susikaupimo tam tikrame tūryje. Kvantinių juodųjų skylių tankis gali būti apie 10 94 kg/m³.
• Juodosios skylės temperatūra taip pat yra atvirkščiai proporcinga jos masei. Ši temperatūra yra tiesiogiai susijusi su. Šios spinduliuotės spektras sutampa su visiškai juodo kūno spektru, tai yra kūno, kuris sugeria visą krintančią spinduliuotę. Juodojo kūno spinduliuotės spektras priklauso tik nuo jo temperatūros, tuomet juodosios skylės temperatūrą galima nustatyti iš Hokingo spinduliuotės spektro. Kaip minėta aukščiau, ši spinduliuotė yra galingesnė, tuo mažesnė juodoji skylė. Tuo pačiu metu Hokingo spinduliuotė išlieka hipotetinė, nes astronomai jos dar nepastebėjo. Iš to išplaukia, kad jei Hokingo spinduliuotė egzistuoja, tada stebimų BH temperatūra yra tokia žema, kad neleidžia aptikti nurodytos spinduliuotės. Remiantis skaičiavimais, net skylės, kurios masė yra lygi Saulės masės, temperatūra yra nežymiai maža (1 ·10 -7 K arba -272 °C). Kvantinių juodųjų skylių temperatūra gali siekti apie 10 12 K, o joms greitai išgaruojant (apie 1,5 min.), tokie BH gali išspinduliuoti dešimties mln. atominės bombos. Tačiau, laimei, tokių hipotetinių objektų sukūrimui reikės 10 14 kartų daugiau energijos nei šiandien gaunama Didžiajame hadronų greitintuve. Be to, tokių reiškinių astronomai niekada nepastebėjo.

Iš ko pagamintas CHD?

Kitas klausimas neramina ir mokslininkus, ir tiesiog astrofizikos mėgėjus – iš ko susideda juodoji skylė? Vieno atsakymo į šį klausimą nėra, nes neįmanoma pažvelgti už bet kurią juodąją skylę supančio įvykių horizonto. Be to, kaip minėta anksčiau, juodosios skylės teoriniai modeliai numato tik 3 jos komponentus: ergosferą, įvykių horizontą ir singuliarumą. Logiška manyti, kad ergosferoje yra tik tie objektai, kuriuos patraukė juodoji skylė ir kurie dabar sukasi aplink ją – įvairūs kosminiai kūnai ir kosminės dujos. Įvykių horizontas tėra plona numanoma riba, kurią užžengus tie patys kosminiai kūnai negrįžtamai traukia prie paskutinio pagrindinio juodosios skylės komponento – singuliarumo. Singuliarumo prigimtis šiandien netirta, o apie jo sudėtį kalbėti dar anksti.

Remiantis kai kuriomis prielaidomis, juodoji skylė gali būti sudaryta iš neutronų. Jei laikysimės juodosios skylės atsiradimo scenarijaus dėl žvaigždės suspaudimo į neutroninę žvaigždę ir jos vėlesnį suspaudimą, tada tikriausiai didžiąją juodosios skylės dalį sudaro neutronai, iš kurių neutroninė žvaigždė. Paprastais žodžiais: Kai žvaigždė žlunga, jos atomai suspaudžiami taip, kad elektronai susijungia su protonais ir taip susidaro neutronai. Tokia reakcija išties vyksta gamtoje, susidarius neutronui, vyksta neutrinų emisija. Tačiau tai tik spėlionės.

Kas atsitiks, jei pateksite į juodąją skylę?

Įkritimas į astrofizinę juodąją skylę sukelia kūno tempimą. Apsvarstykite hipotetinį savižudį astronautą, besiveržiantį į juodąją skylę, vilkintį tik kosminį kostiumą, kojomis pirmiau. Kirtęs įvykių horizontą, astronautas nepastebės jokių pokyčių, nepaisant to, kad nebeturi galimybės grįžti atgal. Tam tikru momentu astronautas pasieks tašką (šiek tiek už įvykių horizonto), kur pradės įvykti jo kūno deformacija. Kadangi juodosios skylės gravitacinis laukas yra nehomogeniškas ir jį vaizduoja jėgos gradientas, didėjantis link centro, astronauto kojos bus veikiamos žymiai didesnio gravitacinio poveikio nei, pavyzdžiui, galva. Tada dėl gravitacijos, tiksliau, potvynio jėgų, kojos „nukris“ greičiau. Taigi kūnas pradeda palaipsniui tempti ilgį. Šiam reiškiniui apibūdinti astrofizikai sugalvojo gana kūrybišką terminą – spagetifikacija. Tolesnis kūno tempimas greičiausiai suskaidys jį į atomus, kurie anksčiau ar vėliau pasieks singuliarumą. Galima tik spėlioti, ką žmogus jaus šioje situacijoje. Verta paminėti, kad kūno tempimo poveikis yra atvirkščiai proporcingas juodosios skylės masei. Tai yra, jei trijų Saulių masės BH akimirksniu ištempia / sulaužys kūną, tada supermasyvi juodoji skylė turės mažesnes potvynio jėgas ir yra pasiūlymų, kad kai kurios fizinės medžiagos galėtų „toleruoti“ tokią deformaciją neprarasdamos savo struktūros.

Kaip žinia, prie masyvių objektų laikas teka lėčiau, vadinasi, savižudžio astronauto laikas tekės daug lėčiau nei žemiečiams. Tokiu atveju galbūt jis pergyvens ne tik savo draugus, bet ir pačią Žemę. Norint nustatyti, kiek laiko sulėtės astronautui, reikės atlikti skaičiavimus, tačiau iš to, kas išdėstyta aukščiau, galima daryti prielaidą, kad astronautas į juodąją skylę kris labai lėtai ir gali tiesiog nesulaukti to momento, kai jo kūnas pradės deformuotis. .

Pastebėtina, kad stebėtojui lauke visi kūnai, atskridę iki įvykių horizonto, liks šio horizonto pakraštyje, kol jų vaizdas išnyks. Šio reiškinio priežastis yra gravitacinis raudonasis poslinkis. Šiek tiek supaprastinus galima teigti, kad šviesa, krintanti ant įvykio horizonte „užstingusio“ savižudžio astronauto kūno, dėl sulėtėjusio laiko keis savo dažnį. Laikui bėgant lėčiau, šviesos dažnis mažės, o bangos ilgis padidės. Dėl šio reiškinio išėjime, ty išoriniam stebėtojui, šviesa palaipsniui pasislinks į žemo dažnio - raudonos spalvos. Vyks šviesos poslinkis išilgai spektro, nes savižudis astronautas, nors ir beveik nepastebimai, vis labiau tolsta nuo stebėtojo, o jo laikas teka vis lėčiau. Taigi, jo kūno atspindima šviesa greitai išeis už matomo spektro ribų (vaizdas išnyks), o ateityje astronauto kūną bus galima pagauti tik infraraudonųjų spindulių srityje, vėliau radijo dažnyje ir dėl to radiacija bus visiškai nepagaunama.

Nepaisant to, kas išdėstyta pirmiau, daroma prielaida, kad labai didelėse supermasyviose juodosiose skylėse potvynio jėgos taip nesikeičia priklausomai nuo atstumo ir beveik vienodai veikia krintantį kūną. Šiuo atveju kritimas erdvėlaivis išlaikytų savo struktūrą. Kyla pagrįstas klausimas – kur veda juodoji skylė? Į šį klausimą gali atsakyti kai kurių mokslininkų darbai, susiejantys du tokius reiškinius kaip kirmgraužos ir juodosios skylės.

Dar 1935 m. Albertas Einsteinas ir Nathanas Rosenas, atsižvelgdami į tai, iškėlė hipotezę apie vadinamųjų kirmgraužų egzistavimą, jungiančių du erdvėlaikio taškus reikšmingo pastarojo kreivumo vietose - Einšteino-Rozeno tiltu. arba kirmgrauža. Tokiam galingam erdvės kreivumui reikės milžiniškos masės kūnų, su kurių vaidmeniu puikiai susidorotų juodosios skylės.

Einšteino-Rozeno tiltas laikomas neįveikiama kirmgrauža, nes yra mažas ir nestabilus.

tinkamas kirmgrauža galbūt juodųjų ir baltųjų skylių teorijos rėmuose. Kur baltoji skylė yra informacijos, kuri pateko į juodąją skylę, išvestis. Baltoji skylė aprašyta bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, tačiau šiandien ji tebėra hipotetinė ir nebuvo atrasta. Kitas modelis kirmgrauža pasiūlė amerikiečių mokslininkai Kipas Thorne'as ir jo absolventas Mike'as Morrisas, kuris gali būti priimtinas. Tačiau, kaip Morriso-Thorne'o kirmgraužos atveju, taip ir juodųjų ir baltųjų skylių atveju, norint keliauti, būtina egzotiška vadinamoji materija, kuri turi neigiamą energiją ir taip pat lieka hipotetinė.

Juodosios skylės visatoje

Juodųjų skylių egzistavimas buvo patvirtintas palyginti neseniai (2015 m. rugsėjį), tačiau iki to laiko jau buvo daug teorinės medžiagos apie juodųjų skylių prigimtį, taip pat daug kandidatų į juodosios skylės vaidmenį. Visų pirma, reikėtų atsižvelgti į juodosios skylės matmenis, nes nuo jų priklauso pats reiškinio pobūdis:

• žvaigždžių masės juodoji skylė. Tokie objektai susidaro dėl žvaigždės griūties. Kaip minėta anksčiau, minimali kūno, galinčio suformuoti tokią juodąją skylę, masė yra 2,5–3 saulės masės.
• Juodosios skylės vidutinio svorio . Sąlyginis tarpinis juodųjų skylių tipas, kuris padidėjo dėl netoliese esančių objektų, tokių kaip dujų kaupimasis, kaimyninė žvaigždė (dviejų žvaigždžių sistemose) ir kt. kosminiai kūnai.
• Supermasyvi juodoji skylė. Kompaktiški objektai su 10 5 -10 10 saulės masių. Išskirtinės tokių BH savybės yra paradoksaliai mažas tankis, taip pat silpnos potvynio jėgos, apie kurias buvo kalbama anksčiau. Tai ši supermasyvi juodoji skylė mūsų Paukščių Tako galaktikos (Šaulys A*, Sgr A*), kaip ir daugumos kitų galaktikų, centre.

Kandidatai į CHD

Artimiausia juodoji skylė, tiksliau, kandidatas į juodosios skylės vaidmenį, yra objektas (V616 Unicorn), esantis 3000 šviesmečių atstumu nuo Saulės (mūsų galaktikoje). Jį sudaro du komponentai: žvaigždė, kurios masė yra pusė saulės masės, taip pat nematomas mažas kūnas, kurio masė yra 3–5 saulės masės. Jei šis objektas pasirodys esanti maža žvaigždžių masės juodoji skylė, tada dešinėje tai bus artimiausia juodoji skylė.

Po šio objekto antra artimiausia juodoji skylė yra Cyg X-1 (Cyg X-1), kuri buvo pirmoji kandidatė į juodosios skylės vaidmenį. Atstumas iki jo yra maždaug 6070 šviesmečių. Gana gerai ištirta: jo masė yra 14,8 saulės masės, o įvykių horizonto spindulys yra apie 26 km.

Kai kurių šaltinių teigimu, kitas artimiausias kandidatas į juodosios skylės vaidmenį gali būti kūnas žvaigždžių sistema V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), 1999 m. nutolęs 1600 šviesmečių. Tačiau vėlesni tyrimai padidino šį atstumą mažiausiai 15 kartų.

Kiek juodųjų skylių yra mūsų galaktikoje?

Tikslaus atsakymo į šį klausimą nėra, nes juos stebėti gana sunku, o viso dangaus tyrimo metu mokslininkams pavyko aptikti apie tuziną juodųjų skylių. paukščių takas. Nesileidžiant į skaičiavimus, pastebime, kad mūsų galaktikoje yra apie 100–400 milijardų žvaigždžių ir maždaug kiekviena tūkstantoji žvaigždė turi pakankamai masės, kad susidarytų juodoji skylė. Tikėtina, kad per Paukščių Tako egzistavimą galėjo susidaryti milijonai juodųjų skylių. Kadangi didžiules juodąsias skyles registruoti lengviau, logiška manyti, kad dauguma mūsų galaktikos BH nėra supermasyvios. Pastebėtina, kad 2005 metais NASA atlikti tyrimai rodo, kad aplink galaktikos centrą skrieja visas būrys juodųjų skylių (10-20 tūkst.). Be to, 2016 m. japonų astrofizikai netoli objekto aptiko didžiulį palydovą * – juodąją skylę, Paukščių Tako šerdį. Dėl mažo šio kūno spindulio (0,15 šviesmečio) ir didžiulės masės (100 000 Saulės masių) mokslininkai teigia, kad šis objektas taip pat yra supermasyvi juodoji skylė.

Mūsų galaktikos šerdis, Paukščių Tako juodoji skylė (Sagittarius A *, Sgr A * arba Sagittarius A *) yra supermasyvi, jos masė yra 4,31 10 6 Saulės masės, o spindulys – 0,00071 šviesmečio (6,25 šviesos valandos). arba 6,75 mlrd. km). Šaulio A* temperatūra kartu su spiečiumi aplink jį yra apie 1 10 7 K.

Didžiausia juodoji skylė

Didžiausia juodoji skylė visatoje, kurią mokslininkams pavyko aptikti, yra supermasyvi juodoji skylė, FSRQ blazaras, esantis galaktikos S5 0014+81 centre, 1,2·10 10 šviesmečių atstumu nuo Žemės. Remiantis preliminariais stebėjimo rezultatais, naudojant Swift kosminę observatoriją, juodosios skylės masė siekė 40 milijardų (40 10 9) Saulės masių, o tokios skylės Schwarzschildo spindulys – 118,35 milijardo kilometrų (0,013 šviesmečių). Be to, remiantis skaičiavimais, jis atsirado prieš 12,1 milijardo metų (po 1,6 milijardo metų Didysis sprogimas). Jei ši milžiniška juodoji skylė nesugers ją supančios materijos, tuomet ji išgyvens juodųjų skylių erą – vieną iš Visatos raidos erų, kurios metu joje dominuos juodosios skylės. Jei galaktikos S5 0014+81 šerdis ir toliau augs, ji taps viena iš paskutinių juodųjų skylių, kurios egzistuos Visatoje.

Kitos dvi žinomos juodosios skylės, nors ir neįvardintos, turi didžiausia vertė juodųjų skylių tyrimui, nes jos patvirtino jų egzistavimą eksperimentiškai, taip pat davė svarbių rezultatų tiriant gravitaciją. Kalbame apie įvykį GW150914, kuris vadinamas dviejų juodųjų skylių susidūrimu į vieną. Į šį renginį buvo leista registruotis.

Juodųjų skylių aptikimas

Prieš svarstant juodųjų skylių aptikimo būdus, reikėtų atsakyti į klausimą – kodėl juodoji skylė yra juoda? - atsakymas į jį nereikalauja gilių astrofizikos ir kosmologijos žinių. Faktas yra tas, kad juodoji skylė sugeria visą ant jos patenkančią spinduliuotę ir visai nespinduliuoja, jei neatsižvelgsite į hipotetinius. Jei panagrinėsime šį reiškinį išsamiau, galime daryti prielaidą, kad juodosiose skylėse nėra procesų, dėl kurių elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu išsiskiria energija. Tada, jei juodoji skylė spinduliuoja, tai ji yra Hokingo spektre (kuris sutampa su įkaitusio, absoliučiai juodo kūno spektru). Tačiau, kaip minėta anksčiau, ši spinduliuotė nebuvo aptikta, o tai rodo visiškai žemą juodųjų skylių temperatūrą.

Kita visuotinai pripažinta teorija teigia, kad elektromagnetinė spinduliuotė visiškai nepajėgi palikti įvykių horizonto. Labiausiai tikėtina, kad fotonų (šviesos dalelių) netraukia masyvūs objektai, nes pagal teoriją jie patys neturi masės. Tačiau juodoji skylė vis tiek „pritraukia“ šviesos fotonus per erdvės laiko iškraipymą. Jei įsivaizduosime juodąją skylę erdvėje kaip tam tikrą įdubimą lygiame erdvėlaikio paviršiuje, tai nuo juodosios skylės centro yra tam tikras atstumas, prie kurio artėjant šviesa nebegalės nuo jos tolti. . Tai yra, grubiai tariant, šviesa pradeda „kristi“ į „duobę“, kuri net neturi „dugno“.

Be to, jei atsižvelgsime į gravitacinio raudonojo poslinkio poveikį, gali būti, kad šviesa juodojoje skylėje praranda dažnį, pasislinkdama spektru į žemo dažnio ilgųjų bangų spinduliuotės sritį, kol visiškai praras energiją.

Taigi juodoji skylė yra juoda, todėl ją sunku aptikti erdvėje.

Aptikimo metodai

Apsvarstykite metodus, kuriuos astronomai naudoja juodajai skylei aptikti:

Be minėtų metodų, mokslininkai dažnai sieja tokius objektus kaip juodosios skylės ir. Kvazarai yra kai kurios kosminių kūnų ir dujų sankaupos, kurios yra vieni ryškiausių astronominių objektų Visatoje. Kadangi jie turi didelį liuminescencijos intensyvumą esant santykinai mažiems dydžiams, yra pagrindo manyti, kad šių objektų centras yra supermasyvi juodoji skylė, kuri pritraukia aplinkinę medžiagą. Dėl tokios galingos gravitacinės traukos pritraukta medžiaga taip įkaista, kad spinduliuoja intensyviai. Tokių objektų aptikimas paprastai lyginamas su juodosios skylės aptikimu. Kartais kvazarai gali spinduliuoti įkaitintos plazmos čiurkšles dviem kryptimis – reliatyvistinėmis. Tokių čiurkšlių (jet) atsiradimo priežastys nėra iki galo aiškios, tačiau greičiausiai jas sukelia BH ir akrecinio disko magnetinių laukų sąveika, o ne tiesioginė juodoji skylė.

M87 galaktikos reaktyvinis lėktuvas pataiko iš juodosios skylės centro

Apibendrinant tai, kas išdėstyta, galima iš arti įsivaizduoti: tai sferinis juodas objektas, aplink kurį sukasi stipriai įkaitusi medžiaga, sudarydama šviečiantį akrecinį diską.

Juodųjų skylių susiliejimas ir susidūrimas

Vienas įdomiausių astrofizikos reiškinių – juodųjų skylių susidūrimas, kuris taip pat leidžia aptikti tokius masyvius astronominius kūnus. Tokie procesai domina ne tik astrofizikus, nes dėl jų atsiranda fizikų menkai ištirti reiškiniai. Ryškiausias pavyzdys – anksčiau minėtas įvykis pavadinimu GW150914, kai dvi juodosios skylės priartėjo tiek, kad dėl abipusės gravitacinės traukos susiliejo į vieną. Svarbi šio susidūrimo pasekmė buvo gravitacinių bangų atsiradimas.

Pagal gravitacinių bangų apibrėžimą, tai gravitacinio lauko pokyčiai, sklindantys panašiu būdu iš masyvių judančių objektų. Kai du tokie objektai priartėja vienas prie kito, jie pradeda suktis aplink bendrą svorio centrą. Kai jie artėja vienas prie kito, jų sukimasis aplink savo ašį didėja. Tokie kintami gravitacinio lauko svyravimai tam tikru momentu gali sudaryti vieną galingą gravitacinę bangą, kuri gali sklisti erdvėje milijonus šviesmečių. Taigi 1,3 milijardo šviesmečių atstumu įvyko dviejų juodųjų skylių susidūrimas, kuris suformavo galingą gravitacinę bangą, Žemę pasiekusią 2015 metų rugsėjo 14 dieną ir užfiksavusią LIGO ir VIRGO detektorių.

Kaip miršta juodosios skylės?

Akivaizdu, kad juodoji skylė nustotų egzistuoti, ji turėtų prarasti visą savo masę. Tačiau, remiantis jos apibrėžimu, niekas negali palikti juodosios skylės, kai ji peržengia įvykių horizontą. Žinoma, kad pirmą kartą sovietų fizikas teorinis Vladimiras Gribovas savo diskusijoje su kitu sovietų mokslininku Jakovu Zeldovičiumi paminėjo dalelių išskyrimo galimybę iš juodosios skylės. Jis teigė, kad kvantinės mechanikos požiūriu juodoji skylė gali išmesti daleles per tunelio efektą. Vėliau, pasitelkęs kvantinę mechaniką, jis sukūrė savo, kiek kitokią teoriją – anglų teorinį fiziką Stepheną Hawkingą. Galite paskaityti daugiau apie šį reiškinį. Trumpai tariant, vakuume egzistuoja vadinamosios virtualios dalelės, kurios nuolat gimsta poromis ir naikina viena kitą, kartu nesąveikdamos su išoriniu pasauliu. Bet jei tokios poros susidaro juodosios skylės įvykių horizonte, tai hipotetiškai stipri gravitacija gali jas atskirti, kai viena dalelė patenka į juodąją skylę, o kita pasitraukia iš juodosios skylės. O kadangi iš skylės nuskridusią dalelę galima stebėti, taigi ir turi teigiamą energiją, tai į skylę įkritusi dalelė turi turėti neigiamą energiją. Taigi juodoji skylė praras savo energiją ir atsiras efektas, vadinamas juodosios skylės išgaravimu.

Pagal turimus juodosios skylės modelius, kaip minėta anksčiau, mažėjant jos masei, jos spinduliavimas tampa intensyvesnis. Tada, paskutiniame juodosios skylės egzistavimo etape, kai ji gali būti sumažinta iki kvantinės juodosios skylės dydžio, ji išskirs didžiulį energijos kiekį spinduliuotės pavidalu, kuris gali prilygti tūkstančiams ar net milijonai atominių bombų. Šis įvykis kažkuo primena juodosios skylės sprogimą, tarsi ta pati bomba. Remiantis skaičiavimais, pirmykštės juodosios skylės galėjo atsirasti dėl Didžiojo sprogimo, o tos iš jų, kurių masė yra apie 10 12 kg, maždaug mūsų laikais turėjo išgaruoti ir sprogti. Kad ir kaip būtų, tokių sprogimų astronomai dar nematė.

Nepaisant Hawkingo pasiūlyto juodųjų skylių naikinimo mechanizmo, Hokingo spinduliuotės savybės sukelia paradoksą kvantinės mechanikos sistemoje. Jei juodoji skylė sugeria kokį nors kūną, o po to praranda masę, susidariusią dėl šio kūno sugėrimo, tada, nepaisant kūno pobūdžio, juodoji skylė nesiskirs nuo tos, kuri buvo prieš kūno absorbciją. Tokiu atveju informacija apie kūną prarandama visam laikui. Teorinių skaičiavimų požiūriu, pradinės grynos būsenos transformacija į susidariusią mišrią („terminę“) būseną neatitinka dabartinės kvantinės mechanikos teorijos. Šis paradoksas kartais vadinamas informacijos išnykimu juodojoje skylėje. Tikras šio paradokso sprendimas niekada nebuvo rastas. Žinomos paradokso sprendimo galimybės:

• Hokingo teorijos nenuoseklumas. Tai reiškia, kad neįmanoma sunaikinti juodosios skylės ir jos nuolat auga.
• Baltųjų skylių buvimas. Tokiu atveju sugerta informacija nedingsta, o tiesiog metama į kitą Visatą.
• Visuotinai priimtos kvantinės mechanikos teorijos nenuoseklumas.

Neišspręsta juodosios skylės fizikos problema

Sprendžiant iš visko, kas buvo aprašyta anksčiau, juodosios skylės, nors ir buvo tiriamos gana ilgą laiką, vis dar turi daug bruožų, kurių veikimo mechanizmai mokslininkams vis dar nėra žinomi.

• 1970 metais anglų mokslininkas suformulavo vadinamąjį. „kosminės cenzūros principas“ – „Gamta bjaurisi plika išskirtinumu“. Tai reiškia, kad singuliarumas susidaro tik nuo akių paslėptose vietose, pavyzdžiui, juodosios skylės centre. Tačiau šis principas dar neįrodytas. Taip pat yra teorinių skaičiavimų, pagal kuriuos gali atsirasti „plikas“ singuliarumas.
• „No-hair teorema“, pagal kurią juodosios skylės turi tik tris parametrus, taip pat nebuvo įrodyta.
• Visiška juodosios skylės magnetosferos teorija nebuvo sukurta.
• Gravitacinio singuliarumo prigimtis ir fizika nebuvo ištirta.
• Nėra tiksliai žinoma, kas nutinka paskutiniame juodosios skylės egzistavimo etape ir kas lieka po kvantinio skilimo.

Įdomūs faktai apie juodąsias skyles

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime išskirti keletą įdomių ir neįprastos savybės Juodųjų skylių prigimtis:

• Juodosios skylės turi tik tris parametrus: masę, elektros krūvį ir kampinį momentą. Dėl tokio mažo skaičiaus šio kūno charakteristikų teorema, kuri tai teigia, vadinama „neplaukų teorema“. Iš čia taip pat kilo frazė „juodoji skylė neturi plaukų“, reiškianti, kad dvi juodosios skylės yra visiškai identiškos, trys minėti jų parametrai yra vienodi.
• Juodosios skylės tankis gali būti mažesnis už oro tankį, o temperatūra yra artima absoliutus nulis. Iš to galime daryti prielaidą, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl didelio medžiagos kiekio susikaupimo tam tikrame tūryje.
• Juodųjų skylių absorbuotų kūnų laikas eina daug lėčiau nei išorinio stebėtojo. Be to, absorbuoti kūnai yra gerokai ištempti juodosios skylės viduje, kurią mokslininkai pavadino spagetizavimu.
• Mūsų galaktikoje gali būti apie milijonas juodųjų skylių.
• Tikriausiai kiekvienos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė.
• Ateityje, pagal teorinį modelį, Visata pasieks vadinamąją juodųjų skylių erą, kai juodosios skylės taps dominuojančiais kūnais Visatoje.