Un petit message sur un trou noir, comment l'expliquer à un enfant. Trous noirs - une explication pour les enfants

« Noir trous » Univers.

"Trou noir"

« Quoi de neuf dans l'espace ? Des trous noirs ? Non seulement les astronomes, mais aussi ceux qui s'intéressent à la vie de l'univers, y compris les écoliers curieux, aimeraient s'y intéresser », a déclaré le docteur en sciences pédagogiques E. Levitan.

Dans la littérature scientifique populaire, dans les articles sur l'Univers, on trouve souvent le terme « trou noir ». Lorsque vous lisez cette phrase pour la première fois, vous avez immédiatement l’image, par exemple, d’un trou dans le mur. La mention de trous dans les Univers est aussi initialement associée à un certain trou dans le ciel. Alors, qu’est-ce qu’un trou noir ?

Trou noir - c'est un objet cosmique d'une densité incroyable, possédant une gravité absolue, telle que tout corps cosmique et même l'espace et le temps lui-même sont absorbés par lui, c'est une sorte de point final de tout.

"Trou noir" un peu comme un aspirateur qui fonctionne dans l'espace, mais contrairement à un aspirateur, les trous noirs n'aspirent pas tous les objets dans leur zone d'influence, mais, grâce à leur gravité, ils ne font qu'attirer tout ce qui les entoure. C’est ce qu’on appelle l’effet de vide (manque d’air), que vous pouvez observer chez vous dans votre chambre. Lorsque l'aspirateur est allumé pendant le nettoyage d'une pièce, vous pouvez observer comment les miettes, la saleté et les petits objets commencent à se déplacer vers l'aspirateur. Un trou noir n’a pas une force d’aspiration aussi forte qu’un aspirateur, donc les objets spatiaux n’y sont pas aspirés, mais seulement attirés.

A quoi sert un trou noir ? Trous noirs contrôler l’évolution même de l’Univers. Ils sont dans un endroit central, mais ils ne sont pas visibles, leurs signes peuvent être détectés, bien que les trous noirs aient la propriété de détruire, ils contribuent également à la construction des galaxies.

Comment naît un trou noir ? Lorsqu’une grosse étoile tombe à court de carburant, elle ne peut plus supporter son poids. La pression exercée par des couches massives d’hydrogène fait rétrécir l’étoile de plus en plus petite. Finalement, l’étoile deviendra plus petite qu’un atome. Imaginez un instant que l’étoile entière soit écrasée en un point plus petit qu’un atome.

Comment quelque chose peut-il être plus petit tout en conservant la même masse ? C'est en fait très simple. Prenons une éponge de la taille d'une bouteille ; nous pouvons facilement l'écraser dans nos mains. Mais voici un point intéressant. Si nous faisons quelque chose de moins en le pressant, sa gravité devient plus forte. Imaginez si nous compressions une étoile à la taille d’un atome, quelle serait la puissance de sa gravité ? Noir de gravité le trou est si puissant qu’il absorbe tout, même la lumière qui passe trop près. C'est vrai, même la lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir.

Structure d'un trou noir : Les trous noirs sont constitués de trois parties principales.) La couche externe d’un trou noir est appelée l’horizon extérieur des événements. À l’intérieur de l’horizon extérieur des événements, vous pouvez toujours échapper à la gravité du trou noir, car la gravité n’est pas aussi forte ici. La couche intermédiaire d’un trou noir est appelée l’horizon intérieur des événements. Le centre d’un trou noir s’appelle la Singularité. Ce mot étrange désigne une étoile écrasée. La singularité est l’endroit où la gravité du trou noir est la plus forte.

Que se passe-t-il si vous vous y lancez ? C'est très intéressant ici. Pour un observateur depuis la Terre, il sera visible comment celui qui a volé vers le trou noir y est instantanément tombé et a disparu. Et celui qui vole jusqu'à lui s'approchera lentement, lentement, l'horloge ira de plus en plus lentement, tout ralentira (cela se produit parce que le trou noir plie (perturbe) l'espace (le monde) autour de lui.

Que pensent les scientifiques des trous noirs ? Certains scientifiques pensent que les trous noirs sont des portes d’entrée vers des univers parallèles, ce qui pourrait très bien être le cas.

Il est désormais clair qu'un trou noir est un phénomène complètement mystérieux dans l'espace, dont l'humanité ne sait pratiquement rien. Par conséquent, toute nouvelle information à leur sujet devient une sensation. Et comme l'étude des trous noirs est quasiment impossible dans l'espace, leurs analogues sont étudiés sur Terre et créer des modèles.

Analogues des « trous noirs » sur Terre .

- des corps aux proportions si énormes qu'il est difficile pour une personne de les comprendre. Mais il s’avère que sur Terre, il existe un analogue « miniature » ​​de ces éléments. . Et ces analogues ont été récemment découverts dans l'océan Atlantique Sud.

Un analogue du monstre spatial a été créé dans un laboratoire chinois : il est capable d'aspirer la lumière.

Les « trous noirs » permettront de créer une nouvelle génération de cellules solaires capables de capter l'énergie du soleil beaucoup plus efficacement que les cellules actuelles.

Modèles de « trous noirs ».

Combinant les connaissances des plus grands physiciens du monde sur les trous noirs avec des effets visuels de pointe, Interstellar a montré le modèle de trou noir le plus précis de l'histoire de la science-fiction. D'éminents scientifiques mondiaux ont proposé d'utiliser la science-fiction hollywoodienne film "Interstellaire" comme outil pédagogique pour les enfants sur les trous noirs

Les scientifiques ont mené des expériences simulant "dans la salle de bain" trous noirs avec leur horizon des événements.

Ondulation dans le ruisseau se comporte presque exactement comme des ondes lumineuses dans l’espace-temps. Près de la pierre, le flux devient hétérogène, les ondulations se courbent et les longueurs d'onde changent. La même chose se produit avec la lumière dans les champs gravitationnels des étoiles et des planètes. Dans certains cas, le flux est si rapide que les ondulations ne peuvent pas remonter vers le haut, comme la lumière incapable de s’échapper d’un trou noir.

Qu'ont en commun une goutte d'eau, un trou noir et un atome ? Un groupe de scientifiques britanniques dirigé par le professeur transformé en goutte d’eau parce que les forces de tension superficielle qui le maintiennent intact peuvent être utilisées comme un analogue d’autres forces agissant dans d’autres objets, depuis un atome jusqu’à un trou noir.

Un autre modèle intéressant de « trou noir » a été créé en Planétarium de Novossibirsk. L'un des jeux divertissants pour les enfants. Il est très intéressant de comparer à quelle vitesse et à quelle vitesse les balles lourdes et légères sont tirées dans le trou. Naturellement, le plus lourd dure le plus longtemps.

Comment montrer et imaginer clairement un « trou noir » ?

Comment pouvons-nous clairement montrer et imaginer un « trou noir » pour qu’il nous soit plus facile de comprendre sa structure ?

Imaginez un trou noir en forme de cascade, la gravité en forme de rivière coulant vers une cascade et un faisceau de lumière en forme de kayak. Plus haut de la cascade, le courant est faible ; une personne dans un bateau peut ramer à contre-courant et sortir. Mais plus on s’approche de la cascade, plus le courant est fort et plus il est difficile d’en sortir. Le bord d’une cascade est le bord d’un trou noir. Malgré toute la force de l'homme à bord du bateau, il tombe. C'est la même chose dans l'espace.

Pour visualiser le « Trou Noir », prenons un gros morceau de film alimentaire, étirons-le dans nos mains et plaçons une petite boule au centre pour qu'elle forme une déviation en raison de son poids. Déposons quelques gouttes d'eau sur la feuille et regardons-les rouler sur le film directement jusqu'à la balle. Cela montrera comment fonctionne la gravité. Retirons la balle, touchons le film avec notre doigt et déterminons jusqu'où nous le retirons (plus l'objet est lourd), plus l'entonnoir s'avère fort. Ensuite, nous ferons un trou au milieu du film, ce qui représente un objet très très lourd. Des gouttes d'eau glisseront par ce trou. Il s’avère qu’un trou noir est un objet si lourd qu’il plie l’espace. Tout ce qui entre dedans (comme des gouttes) ne revient jamais. »

>Trous noirs

Ce qui s'est passé trou noir– explication pour les enfants : description avec photos, comment trouver l'Univers dans l'espace, comment apparaissent les étoiles, la mort, les trous noirs supermassifs des galaxies.

Pour les petits parents ou à l'école devrait expliquer que percevoir un trou noir comme un espace vide est une grave erreur. Au contraire, une quantité incroyable de matière y est concentrée, confinée dans un petit espace. À explication pour les enfantsétait plus coloré, imaginez si vous preniez une étoile 10 fois plus massive que le Soleil et essayiez de la serrer dans une zone de la taille de la ville de New York. En raison de cette pression, le champ gravitationnel devient si fort que personne, pas même un faisceau lumineux, ne peut s’en échapper. Avec le développement de la technologie, la NASA est en mesure d’en apprendre de plus en plus sur ces objets mystérieux.

Commencer explication pour les enfants Cela est possible car le terme « trou noir » n’existait qu’en 1967 (introduit par John Wheeler). Mais avant cela, pendant plusieurs siècles, il a été mentionné l'existence d'objets étranges qui, en raison de leur densité et de leur massivité, n'émettent pas de lumière. Ils ont même été prédits par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale. Elle a prouvé que lorsqu’une étoile massive meurt, il reste un petit noyau dense. Si une étoile fait trois fois la masse du soleil, alors la gravité l’emporte sur les autres forces et nous obtenons un trou noir.

Bien sûr, c'est important expliquer aux enfants que les chercheurs sont incapables d'observer ces caractéristiques directement (les télescopes ne détectent que la lumière, les rayons X et d'autres formes de rayonnement électromagnétique), il n'est donc pas nécessaire d'attendre une photo d'un trou noir. Mais il est possible de calculer leur emplacement et même de déterminer leur taille grâce à l'influence qu'ils ont sur les objets environnants. Par exemple, s'il traverse un nuage de matière interstellaire, il commencera alors à attirer la matière vers l'intérieur - par accrétion. La même chose se produira si une étoile passe à proximité. C'est vrai qu'une étoile peut exploser.

Au moment de l'attraction, la substance s'échauffe et accélère, libérant des rayons X dans l'espace. Des découvertes récentes ont permis de détecter plusieurs puissants sursauts de rayons gamma, démontrant que le trou dévore les étoiles proches. A ce moment, ils stimulent la croissance des uns et stoppent les autres.

La mort d'une étoile est le début d'un trou noir

La plupart des trous noirs proviennent des restes de grandes étoiles mourantes (explosions de supernova). Les étoiles plus petites deviennent des étoiles à neutrons denses, qui n’ont pas la masse nécessaire pour piéger la lumière. Si la masse d’une étoile est 3 fois supérieure à celle du Soleil, elle devient alors candidate au trou noir. Important expliquer aux enfants une bizarrerie. Lorsqu'une étoile s'effondre, sa surface se rapproche d'une surface imaginaire (horizon des événements). Le temps passé sur l’étoile elle-même devient plus lent que celui de l’observateur. Lorsque la surface atteint l'horizon des événements, le temps se fige et l'étoile ne peut plus s'effondrer - un objet gelé et effondré.

Des trous noirs plus grands peuvent apparaître après une collision stellaire. Après son lancement en décembre 2004, le télescope de la NASA a pu détecter des éclairs lumineux puissants et fugaces : les rayons gamma. Chandra et Hubble ont ensuite collecté des données sur l'événement et ont réalisé que ces éruptions pourraient être le résultat d'une collision entre un trou noir et une étoile à neutrons, créant un nouveau trou noir.

Bien qu'en cours d'éducation enfants Et parents Nous l'avons déjà compris, mais une chose reste un mystère. Les trous semblent exister à deux échelles différentes. Il existe de nombreux trous noirs, restes d'étoiles massives. En règle générale, ils sont 10 à 24 fois plus massifs que le Soleil. Les scientifiques les voient constamment si une étoile extraterrestre se rapproche de manière critique. Mais la plupart des trous noirs existent de manière isolée et ne peuvent tout simplement pas être observés. Cependant, à en juger par le nombre d’étoiles suffisamment grandes pour être candidates aux trous noirs, il doit y avoir des dizaines de millions de milliards de trous noirs de ce type dans la Voie Lactée.

Il existe également des trous noirs supermassifs, qui sont un million, voire un milliard de fois, plus grands que notre Soleil. On pense que de tels monstres vivent au centre de presque toutes les grandes galaxies (y compris la nôtre).

Pour les petits Il sera intéressant de savoir que les scientifiques ont longtemps cru qu’il n’existait pas de taille moyenne pour les trous noirs. Mais les données de Chandra, XMM-Newton et Hubble montrent qu’elles sont là.

Il est possible que les trous noirs supermassifs résultent d’une réaction en chaîne provoquée par la collision d’étoiles formant des amas compacts. De ce fait, de nombreuses étoiles massives s’accumulent, qui s’effondrent et produisent des trous noirs. Ces amas occupent alors le centre galactique, où les trous noirs fusionnent et deviennent un membre supermassif.

Vous avez peut-être déjà réalisé que vous ne pourrez pas visualiser un trou noir en haute qualité en ligne, car ces objets n'émettent pas de lumière. Mais les enfants seront intéressés par l'étude de photographies et de diagrammes créés à partir du contact de trous noirs et de matière ordinaire.

Que sont les trous noirs ?

Enfants, pensez-vous que vous pourriez un jour voir l'effet d'un aspirateur dans votre chambre ? Lorsque vous faites quelque chose, surveillez attentivement car vous pourriez voir de la saleté et des miettes commencer à se déplacer vers l'aspirateur. Un trou noir est comme un aspirateur, mais uniquement dans l’espace. Cependant, ce n’est pas la puissante aspiration qui fait tomber les objets dans le trou noir. L'aspiration ne sera pas assez forte. Au lieu de cela, le trou noir utilise la gravité pour attirer tout ce qui l’entoure.

Comment se forment les trous noirs ? Explication pour les enfants

Lorsqu’une grosse étoile tombe à court de carburant, elle ne peut plus supporter son poids. La pression exercée par des couches massives d’hydrogène fait rétrécir l’étoile de plus en plus petite. Finalement, l’étoile deviendra plus petite qu’un atome. Imaginez, les enfants, un instant que l'étoile entière soit écrasée en un point plus petit qu'un atome.

Comment quelque chose peut-il être plus petit tout en conservant la même masse ?

C'est en fait très simple. Prenez une éponge de la taille d'une bouteille, vous pouvez facilement l'écraser dans vos mains. Mais voici un point intéressant. Si vous faites quelque chose de moins en le pressant, sa gravité devient plus forte. Imaginez les enfants, si vous compressez une étoile à la taille d’un atome, quelle sera la puissance de sa gravité ?

La gravité d’un trou noir est si puissante qu’elle absorbe tout, même la lumière qui passe trop près. C'est vrai, même la lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir.

La structure d'un trou noir. Astronomie pour les enfants

Les trous noirs sont constitués de trois parties principales. La couche externe d’un trou noir est appelée l’horizon extérieur des événements. À l’intérieur de l’horizon extérieur des événements, vous pouvez toujours échapper à la gravité du trou noir, car la gravité n’y est pas aussi forte. La couche intermédiaire d’un trou noir est appelée l’horizon intérieur des événements. Si vous n'avez pas échappé à la gravité du trou noir avant d'entrer dans l'horizon intérieur des événements, alors vous, les enfants, avez raté votre chance. La force de gravité dans cette couche est beaucoup plus forte et ne lâche pas les objets qu'elle saisit. À ce stade, vous commencez à tomber vers le centre du trou noir. Le centre d’un trou noir s’appelle la Singularité. Ce mot étrange désigne une étoile écrasée. La singularité est l’endroit où la gravité du trou noir est la plus forte.

Comment peut-on entrer dans un trou noir ?

Pensez à la Terre. Si vous vous approchez trop près de la Terre, vous vous heurtez à sa gravité. Sur Terre, vous pourriez à nouveau voler dans l’espace à bord d’une fusée. Cependant, si vous tombez dans un trou noir, vous, les enfants, n’avez aucun moyen d’en sortir, car la gravité est très forte.

Trous noirs mystérieux et insaisissables. Les lois de la physique confirment la possibilité de leur existence dans l'univers, mais de nombreuses questions demeurent. De nombreuses observations montrent qu’il existe des trous dans l’univers et qu’il existe plus d’un million de ces objets.

Que sont les trous noirs ?

En 1915, lors de la résolution des équations d’Einstein, le phénomène des « trous noirs » avait été prédit. Cependant, la communauté scientifique ne s’y intéresse qu’en 1967. On les appelait alors « étoiles effondrées », « étoiles gelées ».

De nos jours, un trou noir est une région du temps et de l’espace où la gravité est telle que même un rayon de lumière ne peut en échapper.

Comment se forment les trous noirs ?

Il existe plusieurs théories sur l'apparition des trous noirs, divisées en hypothétiques et réalistes. La théorie réaliste la plus simple et la plus répandue est la théorie de l’effondrement gravitationnel des grandes étoiles.

Lorsqu’une étoile suffisamment massive, avant sa « mort », grandit et devient instable, épuisant son dernier combustible. Dans le même temps, la masse de l'étoile reste inchangée, mais sa taille diminue à mesure que se produit ce qu'on appelle la densification. En d’autres termes, une fois compacté, le noyau lourd « tombe » sur lui-même. Parallèlement à cela, le compactage entraîne une forte augmentation de la température à l'intérieur de l'étoile et l'arrachement des couches externes du corps céleste, à partir desquelles de nouvelles étoiles se forment. En même temps, au centre de l'étoile, le noyau tombe dans son propre « centre ». Sous l'action des forces gravitationnelles, le centre s'effondre jusqu'à un certain point, c'est-à-dire que les forces gravitationnelles sont si fortes qu'elles absorbent le noyau compacté. C'est ainsi qu'est né un trou noir, qui commence à déformer l'espace et le temps de sorte que même la lumière ne puisse pas s'en échapper.

Au centre de toutes les galaxies se trouve un trou noir supermassif. Selon la théorie de la relativité d'Einstein :

"Toute masse déforme l'espace et le temps."

Imaginez maintenant à quel point un trou noir déforme le temps et l'espace, car sa masse est énorme et en même temps comprimée dans un volume ultra-petit. Cette capacité provoque la bizarrerie suivante :

« Les trous noirs ont la capacité d’arrêter pratiquement le temps et de comprimer l’espace. En raison de cette distorsion extrême, les trous nous deviennent invisibles.

Si les trous noirs ne sont pas visibles, comment savons-nous qu’ils existent ?

Oui, même si un trou noir est invisible, il devrait être visible grâce à la matière qui y tombe. En plus du gaz stellaire, attiré par un trou noir, à l'approche de l'horizon des événements, la température du gaz commence à atteindre des valeurs ultra élevées, ce qui conduit à une lueur. C'est pourquoi les trous noirs brillent. Grâce à cette lueur, bien que faible, les astronomes et astrophysiciens expliquent la présence au centre de la galaxie d'un objet de petit volume mais de masse énorme. Actuellement, à la suite d'observations, environ 1 000 objets ont été découverts dont le comportement est similaire à celui des trous noirs.

Trous noirs et galaxies

Comment les trous noirs peuvent-ils affecter les galaxies ? Cette question préoccupe les scientifiques du monde entier. Il existe une hypothèse selon laquelle ce seraient les trous noirs situés au centre de la galaxie qui influenceraient sa forme et son évolution. Et que lorsque deux galaxies entrent en collision, les trous noirs fusionnent et au cours de ce processus, une telle quantité d'énergie et de matière est libérée que de nouvelles étoiles se forment.

Types de trous noirs

• Selon la théorie existante, il existe trois types de trous noirs : stellaires, supermassifs et miniatures. Et chacun d’eux a été formé d’une manière particulière.
• - Trous noirs de masses stellaires, ils atteignent des tailles énormes et s'effondrent.
  - Des trous noirs supermassifs, qui peuvent avoir une masse équivalente à des millions de Soleils, existent probablement au centre de presque toutes les galaxies, y compris notre Voie lactée. Les scientifiques ont encore différentes hypothèses sur la formation de trous noirs supermassifs. Jusqu’à présent, une seule chose est connue : les trous noirs supermassifs sont un sous-produit de la formation des galaxies. Trous noirs supermassifs - ils diffèrent des trous ordinaires en ce qu'ils ont une très grande taille, mais paradoxalement une faible densité.
• - Personne n'a encore pu détecter un trou noir miniature qui aurait une masse inférieure à celle du Soleil. Il est possible que des trous miniatures se soient formés peu de temps après le « Big Bang », qui marque exactement le début de l’existence de notre univers (il y a environ 13,7 milliards d’années).
• - Tout récemment, un nouveau concept a été introduit : celui des « trous noirs blancs ». Il s’agit toujours d’un trou noir hypothétique, qui est l’opposé d’un trou noir. Stephen Hawking a activement étudié la possibilité de l'existence de trous blancs.
• - Les trous noirs quantiques – ils n’existent jusqu’à présent qu’en théorie. Des trous noirs quantiques peuvent se former lorsque des particules ultra-petites entrent en collision à la suite d’une réaction nucléaire.
• - Les trous noirs primaires sont aussi une théorie. Ils se sont formés immédiatement après leur origine.

À l’heure actuelle, de nombreuses questions restent ouvertes et les générations futures n’ont pas encore répondu. Par exemple, est-il possible que des « trous de ver » existent réellement, à l’aide desquels on peut voyager dans l’espace et dans le temps. Que se passe-t-il exactement à l’intérieur d’un trou noir et à quelles lois obéissent ces phénomènes ? Et qu’en est-il de la disparition d’informations dans un trou noir ?

Dans une nouvelle leçon vidéo d’astronomie, le professeur expliquera comment se forment les trous noirs et pourquoi ils sont dangereux.

Comment se forment les trous noirs

Les trous noirs ne peuvent pas être touchés et vous ne pouvez pas les traverser. Les trous noirs sont des régions de l’espace-temps qui forment une attraction surpuissante. L'attraction courbe l'espace et le temps, ce qui signifie qu'à l'intérieur d'un trou noir, il n'y a pas de lignes droites, l'espace est froissé et entrelacé. Si une étoile se forme à proximité d’un trou noir, les forces gravitationnelles du trou noir déchireront l’étoile et elle disparaîtra dans les profondeurs du trou. Si quelque chose tombe dans un trou noir, il y reste pour toujours. Pour vaincre la puissante attraction d'un trou noir, il est nécessaire de développer une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière, mais cela est hélas impossible. Les scientifiques ne savent pas exactement comment se forment les trous noirs supermassifs, mais avec les trous noirs ordinaires, tout est plus ou moins clair. Au cours de l'évolution d'une étoile, l'hydrogène brûle progressivement et, par conséquent, sa quantité diminue, ce qui conduit au fait que la force de pression légère commence à dépasser la force de compression gravitationnelle. L'étoile augmente considérablement en taille et se transforme en une géante rouge, qui explose ensuite. Après l'explosion, la compression commence, puis l'étoile se refroidit et devient invisible. Mais si la masse du reste de la géante rouge dépasse la masse solaire de 2 à 2,5 fois, sa compression ne peut pas s'arrêter, car la force gravitationnelle supprime complètement la résistance à la compression, en conséquence, ce reste est comprimé en un corps minuscule et dense. , comme s'il se refermait sur lui-même. Et c’est à ce moment d’effondrement gravitationnel (compression) que se forment les trous noirs. En conséquence, il s'avère que la masse est concentrée dans une zone si petite que même la vitesse de la lumière n'est pas suffisante pour quitter son voisinage. La première partie du nom est donc noire, puisqu’elle peut même absorber la lumière. La deuxième partie - le trou - signifie que tout ce qui tombe dans la région du trou noir devient à jamais inaccessible à l'observation.