Juodosios skylės yra bene paslaptingiausi ir paslaptingiausi astronominiai objektai mūsų Visatoje nuo pat jų atradimo, jie patraukė mokslininkų dėmesį ir jaudina mokslinės fantastikos rašytojų vaizduotę. Kas yra juodosios skylės ir ką jos simbolizuoja? Juodosios skylės yra išnykusios žvaigždės, kurios dėl savo fizinių savybių turi tokį didelį tankį ir tokią galingą gravitaciją, kad net šviesa negali ištrūkti už jų ribų.
Juodųjų skylių atradimo istorija
Pirmą kartą teorinį juodųjų skylių egzistavimą, dar gerokai prieš faktinį jų atradimą, pasiūlė tam tikras D. Michelis (anglų kunigas iš Jorkšyro grafystės, laisvalaikiu besidomintis astronomija) dar 1783 m. Jo skaičiavimais, jei paimsime savąjį ir suspausime (šiuolaikine kompiuterine kalba – suarchyvuosime) 3 km spinduliu, susidarys tokia didelė (tiesiog milžiniška) gravitacinė jėga, kad net šviesa negalės iš jos išeiti. . Taip atsirado „juodosios skylės“ sąvoka, nors iš tikrųjų ji, mūsų nuomone, nėra visiškai juoda, labiau tiktų terminas „tamsi skylė“, nes vyksta būtent šviesos nebuvimas;
Vėliau, 1918 m., didysis mokslininkas Albertas Einšteinas rašė apie juodųjų skylių problemą reliatyvumo teorijos kontekste. Tačiau tik 1967 m., amerikiečių astrofiziko Johno Wheelerio pastangomis, juodųjų skylių samprata pagaliau išsikovojo vietą akademiniuose sluoksniuose.
Kad ir kaip būtų, D. Michelis, Albertas Einšteinas ir Johnas Wheeleris savo darbuose manė tik teorinį šių paslaptingų dangaus objektų egzistavimą kosmose, tačiau tikrasis juodųjų skylių atradimas įvyko 1971 m., būtent tada jie pirmą kartą buvo pastebėti teleskopu.
Taip atrodo juodoji skylė.
Kaip erdvėje susidaro juodosios skylės
Kaip žinome iš astrofizikos, visos žvaigždės (įskaitant mūsų Saulę) turi ribotą kuro atsargą. Ir nors žvaigždės gyvenimas gali trukti milijardus šviesmečių, anksčiau ar vėliau šis sąlyginis kuro tiekimas baigiasi ir žvaigždė „užgęsta“. Žvaigždės „blukimo“ procesą lydi intensyvios reakcijos, kurių metu žvaigždė smarkiai transformuojasi ir, priklausomai nuo savo dydžio, gali virsti balta nykštuke, neutronine žvaigžde ar juodąja skyle. Be to, didžiausios neįtikėtinai įspūdingų dydžių žvaigždės dažniausiai virsta juodąja skyle – dėl šių neįtikėtiniausių dydžių suspaudimo daug kartų padidėja naujai susidariusios juodosios skylės masė ir gravitacinė jėga, kuri virsta juodąja skyle. savotiškas galaktinis dulkių siurblys – sugeria viską ir visus aplinkui.
Juodoji skylė praryja žvaigždę.
Maža pastaba – mūsų Saulė pagal galaktikos standartus visai nėra didelė žvaigždė ir po jos išnykimo, kuris įvyks maždaug po kelių milijardų metų, ji greičiausiai nepavirs juodąja skyle.
Bet būkime sąžiningi – šiandien mokslininkai dar nežino visų juodosios skylės formavimosi subtilybių, tai yra nepaprastai sudėtingas astrofizinis procesas, kuris pats savaime gali trukti milijonus šviesmečių. Nors galima žengti į priekį šia kryptimi, galima būtų atrasti ir vėliau tirti vadinamąsias tarpines juodąsias skyles, tai yra išnykimo būsenos žvaigždes, kuriose vyksta aktyvus juodųjų skylių 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 ką mažiau jų gali būti ir mūsų kaimyninėje galaktikoje, į kurią iš mūsų Paukščių Tako nėra ko skristi – 2,5 mln. šviesmečių.
Juodosios skylės teorija
Nepaisant milžiniškos masės (kuri yra šimtus tūkstančių kartų didesnė už mūsų Saulės masę) ir neįtikėtino gravitacijos stiprumo, pro teleskopą įžvelgti juodąsias skyles buvo nelengva, nes jos visiškai neskleidžia šviesos. Mokslininkams pavyko pastebėti juodąją skylę tik jos „valgymo“ metu - kitos žvaigždės sugerties metu, 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 prabėga daug kartų lėčiau nei įprastai, o jei ten buvote, tada grįžę atgal (jei jums taip pasisekė, žinoma), nustebtumėte pastebėję, kad praėjo šimtmečiai Žemėje, o jūs net nepasenote, spėjote tai padaryti laiku. Nors būkime tiesūs, jei būtumėte juodosios skylės viduje, vargu ar išgyventumėte, nes gravitacijos jėga ten tokia, kad bet koks materialus objektas būtų tiesiog suplėšytas, net ne į gabalus, į atomus.
Bet jei būtumėte net arti juodosios skylės, jos gravitacinio lauko įtakoje, jums taip pat būtų sunku, nes kuo labiau priešinsitės jos gravitacijai, bandydami nuskristi, tuo greičiau į ją įkrisite. 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. Hawkingas atrado įdomų faktą: atrodo, kad juodosios skylės taip pat skleidžia garavimą. Tiesa, tai taikoma tik santykinai mažos masės skylėms. Galinga gravitacija aplink juos gimdo dalelių ir antidalelių poras, vieną iš poros įtraukia skylė, o antroji išstumiama. Taigi juodoji skylė skleidžia kietas 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, kurios yra dviejose netoliese esančiose galaktikose: NGC 3842 ir NGC 4849.
NGC 3842 yra ryškiausia Liūto žvaigždyno galaktika, esanti už 320 milijonų šviesmečių nuo mūsų. Jos centre yra didžiulė juodoji skylė, sverianti 9,7 milijardo saulės masių.
NGC 4849, galaktika Komos spiečiuje, nutolusioje už 335 milijonų šviesmečių, gali pasigirti tokia pat įspūdinga juodąja skyle.
Šių milžiniškų juodųjų skylių gravitacinis laukas arba akademiniu požiūriu jų įvykių horizontas yra maždaug 5 kartus didesnis už atstumą nuo Saulės iki ! Tokia juodoji skylė suvalgytų mūsų saulės sistemą ir net neužspringtų.
Pati mažiausia juodoji skylė
Tačiau didžiulėje juodųjų skylių šeimoje yra ir labai mažų atstovų. Taigi iki šiol mokslininkų atrasta nykštukiškiausia juodoji skylė yra tik 3 kartus didesnė už mūsų Saulės masę. Tiesą sakant, tai yra teorinis minimumas, reikalingas 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 suėda dar didesnis juodasis rijūnas iš kitos galaktikos.
- Remiantis kai kurių mokslininkų hipotezėmis, juodosios skylės yra ne tik galaktiniai dulkių siurbliai, viską siurbiantys į save, bet tam tikromis aplinkybėmis jos pačios gali pagimdyti 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 nebelieka nieko sugerti, juodoji skylė pradės labiau išgaruoti, kol laikui bėgant atsiras. visą savo masę nukreipia į aplinkinę erdvę. Nors tai tik prielaida, hipotezė.
- Juodosios skylės sulėtina laiką ir sulenkia erdvę. Jau rašėme apie laiko išsiplėtimą, tačiau erdvė juodosios skylės sąlygomis taip pat bus visiškai išlenkta.
- Juodosios skylės riboja žvaigždžių skaičių Visatoje. Būtent jų gravitaciniai laukai neleidžia atvėsti erdvėje dujų debesims, iš kurių, kaip žinoma, gimsta naujos žvaigždės.
Juodosios skylės Discovery kanale, vaizdo įrašas
Ir pabaigai siūlome jums įdomų mokslinį dokumentinį filmą apie juodąsias skyles iš Discovery kanalo
Paslaptingos ir sunkiai suvokiamos juodosios skylės. Fizikos dėsniai patvirtina jų egzistavimo visatoje galimybę, tačiau vis dar lieka daug klausimų. Daugybė stebėjimų rodo, kad visatoje yra skylių ir šių objektų yra daugiau nei milijonas.
Kas yra juodosios skylės?
Dar 1915 m., sprendžiant Einšteino lygtis, buvo prognozuojamas toks reiškinys kaip „juodosios skylės“. Tačiau mokslo bendruomenė jais susidomėjo tik 1967 m. Tada jos buvo vadinamos „sugriuvusiomis žvaigždėmis“, „užšalusiomis žvaigždėmis“.
Šiais laikais juodoji skylė yra laiko ir erdvės regionas, turintis tokią gravitaciją, kad iš jos negali ištrūkti net šviesos spindulys.
Kaip susidaro juodosios skylės?
Yra keletas juodųjų skylių atsiradimo teorijų, kurios skirstomos į hipotetines ir realistines. Paprasčiausia ir plačiausiai paplitusi realistinė yra didelių žvaigždžių gravitacinio žlugimo teorija.
Kai pakankamai masyvi žvaigždė prieš „mirtį“ išauga ir tampa nestabili, sunaudodama paskutinį kurą. Tuo pačiu metu žvaigždės masė išlieka nepakitusi, tačiau jos dydis mažėja, kai vyksta vadinamasis tankėjimas. Kitaip tariant, kai sutankinama, sunki šerdis "krenta" į save. Lygiagrečiai sutankinimas smarkiai padidina temperatūrą žvaigždės viduje, o išoriniai dangaus kūno sluoksniai nutrūksta, iš kurių susidaro naujos žvaigždės. Tuo pačiu metu žvaigždės centre šerdis patenka į savo „centrą“. Dėl gravitacinių jėgų veikimo centras subyra iki taško – tai yra, gravitacinės jėgos yra tokios stiprios, kad sugeria sutankintą šerdį. Taip gimsta juodoji skylė, kuri ima iškraipyti erdvę ir laiką taip, kad iš jos negali ištrūkti net šviesa.
Visų galaktikų centre yra supermasyvi juodoji skylė. Pagal Einšteino reliatyvumo teoriją:
"Bet kokia masė iškreipia erdvę ir laiką."
Dabar įsivaizduokite, kaip juodoji skylė iškreipia laiką ir erdvę, nes jos masė yra milžiniška ir kartu suspausta į itin mažą tūrį. Šis gebėjimas sukelia tokią keistenybę:
„Juodosios skylės turi galimybę praktiškai sustabdyti laiką ir suspausti erdvę. Dėl šio didelio iškraipymo skylės mums tampa nematomos.
Jei juodosios skylės nematomos, kaip mes žinome, kad jos egzistuoja?
Taip, nors juodoji skylė yra nematoma, ji turėtų būti pastebima dėl į ją patenkančios medžiagos. Kaip ir žvaigždžių dujos, kurias pritraukia juodoji skylė, artėjant prie įvykių horizonto, dujų temperatūra pradeda kilti iki itin aukštų verčių, o tai lemia švytėjimą. Štai kodėl juodosios skylės šviečia. Dėl šio, nors ir silpno, švytėjimo astronomai ir astrofizikai paaiškina, kad galaktikos centre yra nedidelio tūrio, bet didžiulės masės objektas. Šiuo metu, atlikus stebėjimus, buvo atrasta apie 1000 objektų, kurie savo elgesiu yra panašūs į juodąsias skyles.
Juodosios skylės ir galaktikos
Kaip juodosios skylės gali paveikti galaktikas? Šis klausimas kamuoja mokslininkus visame pasaulyje. Yra hipotezė, pagal kurią juodosios skylės, esančios galaktikos centre, turi įtakos jos formai ir evoliucijai. Ir kad susidūrus dviem galaktikoms juodosios skylės susilieja ir šio proceso metu išsiskiria toks didžiulis energijos ir medžiagos kiekis, kad susidaro naujos žvaigždės.
Juodųjų skylių tipai
- Remiantis esama teorija, yra trijų tipų juodosios skylės: žvaigždinės, supermasyviosios ir miniatiūrinės. Ir kiekvienas iš jų buvo suformuotas ypatingu būdu.
- - Žvaigždžių masės juodosios skylės išauga iki milžiniškų dydžių ir griūva.
- Supermasyvios juodosios skylės, kurių masė prilygsta milijonams Saulių, greičiausiai egzistuoja beveik visų galaktikų centruose, įskaitant mūsų Paukščių Taką. Mokslininkai vis dar turi skirtingas hipotezes dėl supermasyvių juodųjų skylių susidarymo. Kol kas žinoma tik viena – supermasyvios juodosios skylės yra šalutinis galaktikų susidarymo produktas. Supermasyvios juodosios skylės – nuo įprastų skiriasi tuo, kad yra labai didelio dydžio, bet paradoksaliai mažo tankio. - – Niekam dar nepavyko aptikti miniatiūrinės juodosios skylės, kurios masė būtų mažesnė už Saulės. Gali būti, kad miniatiūrinės skylės galėjo susidaryti netrukus po „Didžiojo sprogimo“, kuris yra tiksli mūsų visatos egzistavimo pradžia (maždaug prieš 13,7 mlrd. metų).
- – Visai neseniai buvo pristatyta nauja sąvoka „baltosios juodosios skylės“. Tai vis dar yra hipotetinė juodoji skylė, kuri yra priešinga juodajai skylei. Stephenas Hawkingas aktyviai tyrinėjo baltųjų skylių egzistavimo galimybę.
- – Kvantinės juodosios skylės – jos kol kas egzistuoja tik teoriškai. Kvantinės juodosios skylės gali susidaryti, kai dėl branduolinės reakcijos susiduria itin mažos dalelės.
- – Pirminės juodosios skylės taip pat yra teorija. Jie susiformavo iš karto po jų atsiradimo.
Šiuo metu yra daugybė atvirų klausimų, į kuriuos ateities kartos dar turi atsakyti. Pavyzdžiui, ar tikrai gali egzistuoti vadinamosios „kirmgraužės“, kurių pagalba galima keliauti erdvėje ir laike. Kas tiksliai vyksta juodosios skylės viduje ir kokiems dėsniams šie reiškiniai paklūsta. O kaip dėl informacijos dingimo juodojoje skylėje?
S. TRANKOVSKY
Tarp svarbiausių ir įdomiausių šiuolaikinės fizikos ir astrofizikos problemų akademikas V. L. Ginzburgas įvardijo su juodosiomis skylėmis susijusias problemas (žr. „Mokslas ir gyvenimas“ Nr. 11, 1999). Šių keistų objektų egzistavimas buvo prognozuotas daugiau nei prieš du šimtus metų, sąlygos, lemiančios jų susidarymą, buvo tiksliai apskaičiuotos XX amžiaus 30-ųjų pabaigoje, o astrofizika pradėjo rimtai juos tyrinėti mažiau nei prieš keturiasdešimt metų. Šiandien mokslo žurnalai visame pasaulyje kasmet publikuoja tūkstančius straipsnių apie juodąsias skyles.
Juodoji skylė gali susidaryti trimis būdais.
Taip įprasta vaizduoti procesus, vykstančius šalia griūvančios juodosios skylės. Laikui bėgant (Y) erdvė (X) aplink ją (tamsesnė sritis) susitraukia, veržiasi link singuliarumo.
Juodosios skylės gravitacinis laukas įveda didelius erdvės geometrijos iškraipymus.
Juodoji skylė, nematoma per teleskopą, atsiskleidžia tik dėl savo gravitacinės įtakos.
Galingame juodosios skylės gravitaciniame lauke gimsta dalelių ir antidalelių poros.
Dalelių ir antidalelių poros gimimas laboratorijoje.
KAIP JIE kyla
Šviečiantis dangaus kūnas, kurio tankis lygus Žemės tankiui, o skersmuo du šimtai penkiasdešimt kartų didesnis už Saulės skersmenį, dėl savo gravitacijos jėgos neleis savo šviesai pasiekti mūsų. Taigi gali būti, kad didžiausi Visatoje šviečiantys kūnai lieka nematomi būtent dėl savo dydžio.
Pierre'as Simonas Laplasas.
Pasaulio sistemos ekspozicija. 1796 m
1783 metais anglų matematikas Johnas Mitchellas, o po trylikos metų, nepriklausomai nuo jo, prancūzų astronomas ir matematikas Pierre'as Simonas Laplasas atliko labai keistą tyrimą. Jie pažvelgė į sąlygas, kuriomis šviesa negalės ištrūkti iš žvaigždės.
Mokslininkų logika buvo paprasta. Bet kuriam astronominiam objektui (planetai ar žvaigždei) galima apskaičiuoti vadinamąjį pabėgimo greitį, arba antrąjį kosminį greitį, leidžiantį bet kuriam kūnui ar dalelei visam laikui jį palikti. O to meto fizikoje karaliavo Niutono teorija, pagal kurią šviesa yra dalelių srautas (iki elektromagnetinių bangų ir kvantų teorijos dar buvo beveik šimtas penkiasdešimt metų). Dalelių pabėgimo greitį galima apskaičiuoti remiantis planetos paviršiaus potencialios energijos ir kūno, „pabėgusio“ į be galo didelį atstumą, kinetinės energijos lygybe. Šis greitis nustatomas pagal formulę #1#
Kur M- erdvės objekto masė, R- jos spindulys, G- gravitacinė konstanta.
Iš to galime lengvai gauti tam tikros masės kūno spindulį (vėliau vadinamą „gravitaciniu spinduliu“). r g "), kai pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui:
Tai reiškia, kad žvaigždė suspausta į sferą, kurios spindulys r g< 2GM/c 2 nustos skleisti – šviesa negalės iš jos išeiti. Visatoje atsiras juodoji skylė.
Nesunku suskaičiuoti, kad Saulė (jos masė 2,1033 g) pavirs juodąja skyle, jei susitrauks maždaug 3 kilometrų spinduliu. Jo medžiagos tankis sieks 10 16 g/cm 3 . Žemės spindulys, suspaustas į juodąją skylę, sumažėtų iki maždaug vieno centimetro.
Atrodė neįtikėtina, kad gamtoje gali būti jėgų, galinčių suspausti žvaigždę iki tokio nereikšmingo dydžio. Todėl Mitchello ir Laplaso darbų išvados daugiau nei šimtą metų buvo laikomos kažkokiu matematiniu paradoksu, neturinčiu fizinės prasmės.
Griežtas matematinis įrodymas, kad toks egzotiškas objektas erdvėje buvo įmanomas, buvo gautas tik 1916 m. Vokiečių astronomas Karlas Schwarzschildas, išanalizavęs Alberto Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis, gavo įdomų rezultatą. Ištyręs dalelės judėjimą masyvaus kūno gravitaciniame lauke, jis padarė išvadą: lygtis praranda savo fizinę prasmę (jos sprendimas virsta begalybe), kai r= 0 ir r = r g.
Taškai, kuriuose lauko charakteristikos netenka prasmės, vadinami singuliariniais, tai yra ypatingais. Singuliarumas nuliniame taške atspindi taškinę, arba, kas yra tas pats, centro simetrišką lauko struktūrą (juk bet koks sferinis kūnas – žvaigždė ar planeta – gali būti pavaizduotas kaip materialus taškas). Ir taškai, esantys sferiniame paviršiuje, kurio spindulys r g, sudaro patį paviršių, nuo kurio pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje ji vadinama Schwarzschildo vienaskaitos sfera arba įvykių horizontu (kodėl paaiškės vėliau).
Jau remiantis mums pažįstamų objektų – Žemės ir Saulės – pavyzdžiu, aišku, kad juodosios skylės yra labai keisti objektai. Netgi astronomai, dirbantys su medžiaga esant ekstremalioms temperatūros, tankio ir slėgio vertėms, laiko juos labai egzotiškais, ir iki šiol ne visi tikėjo jų egzistavimu. Tačiau pirmieji požymiai apie juodųjų skylių susidarymo galimybę buvo jau A. Einšteino bendrojoje reliatyvumo teorijoje, sukurtoje 1915 m. Anglų astronomas Arthuras Eddingtonas, vienas pirmųjų reliatyvumo teorijos aiškintojų ir populiarintojų, ketvirtajame dešimtmetyje išvedė lygčių sistemą, apibūdinančią vidinę žvaigždžių struktūrą. Iš jų išplaukia, kad žvaigždė yra pusiausvyroje, veikiama priešingai nukreiptų gravitacinių jėgų ir vidinio slėgio, atsirandančio dėl karštų plazmos dalelių judėjimo žvaigždės viduje ir jos gelmėse susidarančio spinduliavimo slėgio. Tai reiškia, kad žvaigždė yra dujų rutulys, kurio centre yra aukšta temperatūra, palaipsniui mažėjanti link periferijos. Visų pirma iš lygčių seka, kad Saulės paviršiaus temperatūra buvo apie 5500 laipsnių (tai visiškai atitiko astronominių matavimų duomenis), o jos centre turėtų būti apie 10 milijonų laipsnių. Tai leido Eddingtonui padaryti pranašišką išvadą: tokioje temperatūroje „užsidega“ termobranduolinė reakcija, kurios pakanka užtikrinti Saulės švytėjimą. To meto atomo fizikai su tuo nesutiko. Jiems atrodė, kad žvaigždės gelmėse buvo per „šalta“: ten temperatūra nepakako reakcijai „praeiti“. Į tai įniršęs teoretikas atsakė: „Ieškokite karštesnės vietos!
Ir galų gale jis pasirodė teisus: termobranduolinė reakcija tikrai vyksta žvaigždės centre (kitas dalykas, kad vadinamasis „standartinis saulės modelis“, pagrįstas idėjomis apie termobranduolinę sintezę, pasirodė būti neteisingas – žr., pavyzdžiui, „Mokslas ir gyvenimas“ Nr. 2, 3, 2000). Bet nepaisant to, reakcija žvaigždės centre vyksta, žvaigždė šviečia, o kylanti spinduliuotė palaiko ją stabilioje būsenoje. Tačiau žvaigždės branduolinis „kuras“ išdega. Energijos išsiskyrimas sustoja, spinduliuotė užgęsta, o jėga, stabdanti gravitacinę trauką, išnyksta. Yra žvaigždės masės riba, po kurios žvaigždė negrįžtamai pradeda trauktis. Skaičiavimai rodo, kad taip nutinka, jei žvaigždės masė viršija dvi ar tris Saulės mases.
GRAVITACINĖ GRAVICIJA
Iš pradžių žvaigždės susitraukimo greitis yra mažas, tačiau jo greitis nuolat didėja, nes gravitacijos jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui. Suspaudimas tampa negrįžtamas, nėra jėgų, galinčių atremti savigravitaciją. Šis procesas vadinamas gravitaciniu kolapsu. Žvaigždės apvalkalo judėjimo link centro greitis didėja, artėjant šviesos greičiui. Ir čia ima vaidinti reliatyvumo teorijos padariniai.
Pabėgimo greitis buvo apskaičiuotas remiantis Niutono idėjomis apie šviesos prigimtį. Bendrosios reliatyvumo teorijos požiūriu, reiškiniai šalia griūvančios žvaigždės vyksta kiek kitaip. Jo galingame gravitaciniame lauke įvyksta vadinamasis gravitacinis raudonasis poslinkis. Tai reiškia, kad iš masyvaus objekto sklindančios spinduliuotės dažnis perkeliamas į žemesnius dažnius. Riboje, ties Schwarzschildo sferos riba, spinduliavimo dažnis tampa lygus nuliui. Tai yra, už jos ribų esantis stebėtojas negalės nieko sužinoti apie tai, kas vyksta viduje. Štai kodėl Schwarzschildo sfera vadinama įvykių horizontu.
Tačiau dažnio mažinimas prilygsta laiko sulėtėjimui, o kai dažnis tampa lygus nuliui, laikas sustoja. Tai reiškia, kad pašalinis stebėtojas pamatys labai keistą vaizdą: žvaigždės apvalkalas, krintantis vis didesniu pagreičiu, sustoja, užuot pasiekęs šviesos greitį. Jo požiūriu, suspaudimas sustos, kai tik žvaigždės dydis priartės prie gravitacijos
usu. Jis niekada nepamatys nė vienos dalelės "nirimo" po Schwarzchiel sfera. Tačiau hipotetiniam stebėtojui, patekusiam į juodąją skylę, viskas pasibaigs akimirksniu. Taigi Saulės dydžio žvaigždės gravitacinio žlugimo laikas bus 29 minutės, o daug tankesnė ir kompaktiškesnė neutroninė žvaigždė užtruks tik 1/20 000 sekundės. Ir čia jis susiduria su bėdomis, susijusiomis su erdvės ir laiko geometrija šalia juodosios skylės.
Stebėtojas atsiduria išlenktoje erdvėje. Netoli gravitacinio spindulio gravitacinės jėgos tampa be galo didelės; jie ištempia raketą su astronautu-stebėtoju į be galo ploną begalinio ilgio siūlą. Bet jis pats to nepastebės: visos jo deformacijos atitiks erdvės ir laiko koordinačių iškraipymus. Šie svarstymai, žinoma, susiję su idealiu hipotetiniu atveju. Bet koks tikras kūnas bus sudraskytas potvynio jėgų dar ilgai prieš priartėdamas prie Schwarzschild sferos.
JUODŲ skylių MATMENYS
Juodosios skylės dydis, tiksliau, Schwarzschildo sferos spindulys, yra proporcingas žvaigždės masei. Ir kadangi astrofizika nenustato jokių žvaigždės dydžio apribojimų, juodoji skylė gali būti savavališkai didelė. Jei, pavyzdžiui, jis atsirado žlugus žvaigždei, kurios masė yra 10 8 Saulės masių (arba susijungus šimtams tūkstančių ar net milijonams santykinai mažų žvaigždžių), jos spindulys bus apie 300 milijonų kilometrų, du kartus viršija Žemės orbitą. Ir vidutinis tokio milžino medžiagos tankis yra artimas vandens tankiui.
Matyt, tai yra juodosios skylės, kurios randamos galaktikų centruose. Šiaip ar taip, astronomai šiandien skaičiuoja apie penkiasdešimt galaktikų, kurių centre, sprendžiant iš netiesioginių įrodymų (aptartų toliau), yra juodųjų skylių, kurių masė siekia apie milijardą (10 9) Saulės. Mūsų galaktika taip pat, matyt, turi savo juodąją skylę; Jo masė buvo įvertinta gana tiksliai – 2,4. 10 6 ±10% Saulės masės.
Teorija teigia, kad kartu su tokiais supergigantais turėtų atsirasti ir juodos mini skylės, kurių masė apie 10 14 g ir spindulys apie 10 -12 cm (atomo branduolio dydžio). Jie galėjo pasirodyti pirmosiomis Visatos egzistavimo akimirkomis kaip labai stipraus erdvėlaikio nehomogeniškumo apraiška su milžinišku energijos tankiu. Šiandien mokslininkai suvokia tuo metu Visatoje egzistavusias sąlygas prie galingų susidūrimų (greitintuvų, naudojančių susidūrimo pluoštus). Šių metų pradžioje CERN atlikus eksperimentus, buvo gauta kvarko-gliuono plazma, materija, egzistavusi prieš elementariųjų dalelių atsiradimą. Šios medžiagos būklės tyrimai tęsiami Brookhaven, Amerikos greitintuvų centre. Jis gali pagreitinti daleles iki energijos, nuo pusantro iki dviejų laipsnių didesnės nei greitintuvas
CERN. Būsimas eksperimentas sukėlė rimtą susirūpinimą: ar jo įgyvendinimo metu atsiras mini juodoji skylė, kuri išlenks mūsų erdvę ir sunaikins Žemę?
Ši baimė sulaukė tokio stipraus atgarsio, kad JAV vyriausybė buvo priversta sušaukti autoritetingą komisiją, kuri išnagrinėtų šią galimybę. Iš garsių tyrinėtojų sudaryta komisija padarė išvadą: greitintuvo energija per maža, kad atsirastų juodoji skylė (šis eksperimentas aprašytas žurnale Science and Life, Nr. 3, 2000).
KAIP PAMATYTI NEPAMATOMĄ
Juodosios skylės nieko neskleidžia, net šviesos. Tačiau astronomai išmoko juos pamatyti, tiksliau, rasti „kandidatus“ šiam vaidmeniui. Yra trys juodosios skylės aptikimo būdai.
1. Būtina stebėti žvaigždžių sukimąsi spietėse aplink tam tikrą svorio centrą. Jei paaiškės, kad šiame centre nieko nėra, o žvaigždės tarsi sukasi aplink tuščią erdvę, galime drąsiai teigti: šioje „tuštumoje“ yra juodoji skylė. Tuo remiantis buvo daroma prielaida, kad mūsų galaktikos centre yra juodoji skylė, ir įvertinta jos masė.
2. Juodoji skylė aktyviai siurbia į save materiją iš supančios erdvės. Ant jo spirale krenta tarpžvaigždinės dulkės, dujos ir medžiaga iš netoliese esančių žvaigždžių, sudarydamos vadinamąjį akrecinį diską, panašų į Saturno žiedą. (Būtent tai yra kaliausė Brukhaveno eksperimente: akceleratoriuje atsiradusi mini juodoji skylė pradės siurbti Žemę į save ir šio proceso negalėjo sustabdyti jokia jėga.) Artėjant prie Schwarzschild sferos dalelės patiria. pagreitį ir pradeda skleisti rentgeno spindulių diapazone. Ši spinduliuotė turi būdingą spektrą, panašų į gerai ištirtą dalelių, pagreitintų sinchrotronu, spinduliuotę. Ir jei tokia spinduliuotė ateina iš kurio nors Visatos regiono, galime drąsiai teigti, kad ten turi būti juodoji skylė.
3. Susiliejus dviem juodosioms skylėms atsiranda gravitacinė spinduliuotė. Apskaičiuota, kad jei kiekvienos masė yra apie dešimt saulės masių, tada, kai jos susilieja per kelias valandas, gravitacinių bangų pavidalu išsiskirs energija, lygi 1% visos jų masės. Tai tūkstantį kartų daugiau nei šviesos, šilumos ir kitos energijos, kurią Saulė išskleidė per visą savo egzistavimą – penkis milijardus metų. Gravitacinę spinduliuotę jie tikisi aptikti pasitelkę gravitacinių bangų observatorijas LIGO ir kitas, kurios dabar statomos Amerikoje ir Europoje dalyvaujant Rusijos mokslininkams (žr. „Mokslas ir gyvenimas“ Nr. 5, 2000).
Ir vis dėlto, nors astronomai neabejoja juodųjų skylių egzistavimu, niekas nedrįsta kategoriškai tvirtinti, kad tam tikrame erdvės taške yra būtent viena iš jų. Mokslinė etika ir tyrėjo sąžiningumas reikalauja vienareikšmio atsakymo į pateiktą klausimą, netoleruojančio neatitikimų. Neužtenka įvertinti nematomo objekto masę, reikia išmatuoti jo spindulį ir parodyti, kad jis neviršija Schwarzschildo spindulio. Ir net mūsų galaktikoje ši problema dar neišspręsta. Štai kodėl mokslininkai rodo tam tikrą santūrumą pranešdami apie savo atradimą, o moksliniai žurnalai tiesiog užpildyti teorinio darbo ataskaitomis ir poveikio stebėjimais, kurie gali atskleisti jų paslaptį.
Tačiau juodosios skylės turi dar vieną teoriškai prognozuojamą savybę, kuri gali padėti jas pamatyti. Tačiau su viena sąlyga: juodosios skylės masė turėtų būti daug mažesnė už Saulės masę.
JUODOJI skylė TAIP PAT GALI BŪTI „BALTA“
Ilgą laiką juodosios skylės buvo laikomos tamsos įsikūnijimu, objektais, kurie vakuume, nesant medžiagos absorbcijos, nieko neišskiria. Tačiau 1974 metais garsus anglų teoretikas Stephenas Hawkingas įrodė, kad juodosioms skylėms galima priskirti temperatūrą, todėl jos turėtų spinduliuoti.
Pagal kvantinės mechanikos sąvokas vakuumas yra ne tuštuma, o savotiškos „erdvės-laiko putos“, virtualių (mūsų pasaulyje nepastebimų) dalelių maištas. Tačiau kvantinės energijos svyravimai gali „išstumti“ iš vakuumo dalelių ir antidalelių porą. Pavyzdžiui, susidūrus dviem ar trims gama kvantams, elektronas ir pozitronas atsiras tarsi iš oro. Šis ir panašūs reiškiniai ne kartą buvo pastebėti laboratorijose.
Būtent kvantiniai svyravimai lemia juodųjų skylių spinduliavimo procesus. Jei dalelių pora su energija E Ir -E(bendra poros energija lygi nuliui) atsiranda šalia Schwarzschild sferos, tolesnis dalelių likimas bus kitoks. Jie gali susinaikinti beveik iš karto arba kartu patekti į įvykių horizontą. Tokiu atveju juodosios skylės būklė nepasikeis. Bet jei tik viena dalelė pateks žemiau horizonto, stebėtojas užregistruos kitą, ir jam atrodys, kad ją sukūrė juodoji skylė. Tuo pačiu metu juodoji skylė, kuri sugėrė dalelę energijos -E, sumažins jūsų energiją ir su energija E– padidės.
Hawkingas apskaičiavo visų šių procesų greitį ir priėjo prie išvados: neigiamos energijos dalelių sugerties tikimybė yra didesnė. Tai reiškia, kad juodoji skylė netenka energijos ir masės – ji išgaruoja. Be to, jis spinduliuoja kaip visiškai juodas kūnas su temperatūra T = 6 . 10 -8 M Su / M kelvinai, kur M c - Saulės masė (2,10 33 g), M- juodosios skylės masė. Šis paprastas ryšys rodo, kad juodosios skylės, kurios masė šešis kartus didesnė už saulės, temperatūra yra lygi šimtai milijoninei laipsnio daliai. Aišku, kad toks šaltas kūnas praktiškai nieko neišskiria, ir visi aukščiau pateikti samprotavimai lieka galioti. Mini skylės yra kitas dalykas. Nesunku pastebėti, kad 10 14 -10 30 gramų masės jie įkaista iki dešimčių tūkstančių laipsnių ir įkaista iki baltumo! Tačiau iš karto reikia pastebėti, kad juodųjų skylių savybėms prieštaravimų nėra: šią spinduliuotę skleidžia sluoksnis virš Schwarzschildo sferos, o ne žemiau jos.
Taigi juodoji skylė, kuri atrodė amžinai sustingęs objektas, anksčiau ar vėliau išnyksta, išgaruoja. Be to, jai „metant svorį“, garavimo greitis didėja, tačiau tai vis tiek užtrunka labai ilgai. Skaičiuojama, kad 10 14 gramų sveriančios mini skylutės, atsiradusios iškart po Didžiojo sprogimo prieš 10-15 milijardų metų, iki mūsų laikų turėtų visiškai išgaruoti. Paskutiniame gyvenimo etape jų temperatūra pasiekia kolosalias vertes, todėl garavimo produktai turi būti itin didelės energijos dalelės. Galbūt jie generuoja plačiai paplitusius oro lietus Žemės atmosferoje – EAS. Bet kuriuo atveju anomaliai didelės energijos dalelių kilmė yra dar viena svarbi ir įdomi problema, kuri gali būti glaudžiai susijusi su ne mažiau įdomiais juodųjų skylių fizikos klausimais.
« Mokslinė fantastika gali būti naudinga – ji žadina vaizduotę ir pašalina baimę dėl ateities. Tačiau moksliniai faktai gali nustebinti daug labiau. Mokslinė fantastika net neįsivaizdavo, kad egzistuoja tokie dalykai kaip juodosios skylės»
Stephenas Hawkingas
Visatos gelmėse žmonėms slypi begalė paslapčių ir paslapčių. Viena iš jų yra juodosios skylės – objektai, kurių negali suprasti net didžiausi žmonijos protai. Šimtai astrofizikų bando atskleisti juodųjų skylių prigimtį, tačiau šiuo metu mes net neįrodėme jų egzistavimo praktiškai.
Kino režisieriai jiems skiria savo filmus, o tarp paprastų žmonių juodosios skylės tapo tokiu kultiniu reiškiniu, kad jos tapatinamos su pasaulio pabaiga ir neišvengiamą mirtimi. Jų bijo ir nekenčia, bet tuo pat metu juos dievina ir garbina nežinomybė, kurią šie keisti Visatos fragmentai slepia savyje. Sutikite, būti juodosios skylės prarytam yra toks romantiškas dalykas. Su jų pagalba tai įmanoma, be to, jie gali tapti mūsų vedliais.
Geltonoji spauda dažnai spėlioja apie juodųjų skylių populiarumą. Rasti laikraščių antraštes, susijusias su pasaulio pabaiga dėl dar vieno susidūrimo su supermasine juodąja skyle – ne problema. Daug blogiau yra tai, kad neraštinga gyventojų dalis į viską žiūri rimtai ir kelia tikrą paniką. Kad būtų aiškumo, leisimės į kelionę po juodųjų skylių atradimo ištakas ir bandysime suprasti, kas tai yra ir kaip su ja elgtis.
Nematomos žvaigždės
Taip atsitiko, kad šiuolaikiniai fizikai aprašo mūsų Visatos sandarą reliatyvumo teorija, kurią Einšteinas kruopščiai pateikė žmonijai XX amžiaus pradžioje. Dar paslaptingesnės tampa juodosios skylės, kurių įvykių horizonte nustoja galioti visi mums žinomi fizikos dėsniai, įskaitant Einšteino teoriją. Argi tai ne nuostabu? Be to, spėlionės apie juodųjų skylių egzistavimą buvo išsakytos dar gerokai iki paties Einšteino gimimo.
1783 metais Anglijoje smarkiai išaugo mokslinė veikla. Tais laikais mokslas ėjo greta religijos, jie puikiai sutarė, o mokslininkai nebebuvo laikomi eretikais. Be to, kunigai užsiėmė moksliniais tyrimais. Vienas iš šių Dievo tarnų buvo anglų pastorius Johnas Michellas, kuris domėjosi ne tik egzistencijos klausimais, bet ir visiškai mokslinėmis problemomis. Michell buvo labai tituluotas mokslininkas: iš pradžių jis buvo matematikos ir senovės kalbotyros dėstytojas viename iš kolegijų, o po to buvo priimtas į Londono karališkąją draugiją dėl daugybės atradimų.
Johnas Michellas studijavo seismologiją, tačiau laisvalaikiu mėgo galvoti apie amžinybę ir kosmosą. Taip jam kilo mintis, kad kažkur Visatos gelmėse gali būti supermasyvių kūnų, kurių gravitacija tokia galinga, kad norint įveikti tokio kūno gravitacijos jėgą reikia judėti tokiu greičiu, kuris yra lygus ar didesnis. nei šviesos greitis. Jei tokią teoriją priimsime kaip teisingą, tai net šviesa nesugebės išvystyti antrojo pabėgimo greičio (greičio, reikalingo išeinančio kūno gravitacinei traukai įveikti), todėl toks kūnas plika akimi liks nematomas.
Michell savo naują teoriją pavadino „tamsiosiomis žvaigždėmis“ ir tuo pat metu bandė apskaičiuoti tokių objektų masę. Savo mintis šiuo klausimu jis išsakė atvirame laiške Londono karališkajai draugijai. Deja, tais laikais tokie tyrimai nebuvo ypač vertingi mokslui, todėl Michell laiškas buvo išsiųstas į archyvą. Tik po dviejų šimtų metų, XX amžiaus antroje pusėje, jis buvo aptiktas tarp tūkstančių kitų įrašų, kruopščiai saugomų senovinėje bibliotekoje.
Pirmieji moksliniai įrodymai apie juodųjų skylių egzistavimą
Paskelbus Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją, matematikai ir fizikai rimtai ėmėsi spręsti vokiečių mokslininko pateiktas lygtis, kurios turėjo mums pasakyti daug naujų dalykų apie Visatos sandarą. Tą patį 1916 metais nusprendė padaryti vokiečių astronomas ir fizikas Karlas Schwarzschildas.
Mokslininkas, naudodamasis savo skaičiavimais, padarė išvadą, kad juodųjų skylių egzistavimas yra įmanomas. Jis taip pat pirmasis apibūdino tai, kas vėliau buvo pavadinta romantiška fraze „įvykių horizontas“ – įsivaizduojamą erdvės-laiko ribą ties juodąja skyle, kurią perėjus yra taškas, iš kurio nebegrįžtama. Iš įvykių horizonto niekas nepabėgs, net šviesa. Už įvykių horizonto atsiranda vadinamasis „singuliarumas“, kai nustoja galioti mums žinomi fizikos dėsniai.
Toliau plėtodamas savo teoriją ir spręsdamas lygtis, Schwarzschildas atrado naujų juodųjų skylių paslapčių sau ir pasauliui. Taigi jis galėjo vien tik popieriuje apskaičiuoti atstumą nuo juodosios skylės centro, kuriame sutelkta jos masė, iki įvykių horizonto. Schwarzschildas šį atstumą pavadino gravitaciniu spinduliu.
Nepaisant to, kad matematiškai Schwarzschildo sprendimai buvo itin teisingi ir negalėjo būti paneigti, XX amžiaus pradžios mokslo bendruomenė negalėjo iš karto susitaikyti su tokiu šokiruojančiu atradimu, o juodųjų skylių egzistavimas buvo nurašytas kaip fantazija, kuri pasirodė kiekvieną kartą. kartais reliatyvumo teorijoje. Kitą pusantro dešimtmečio juodųjų skylių buvimo kosmoso tyrinėjimai vyko lėtai ir tuo užsiėmė tik keli vokiečių fiziko teorijos šalininkai.
Žvaigždės gimdo tamsą
Po to, kai Einšteino lygtys buvo surūšiuotos į dalis, atėjo laikas panaudoti padarytas išvadas, kad suprastų Visatos struktūrą. Visų pirma, žvaigždžių evoliucijos teorijoje. Ne paslaptis, kad mūsų pasaulyje niekas netrunka amžinai. Net žvaigždės turi savo gyvenimo ciklą, nors ir ilgesnį nei žmogus.
Vienas pirmųjų mokslininkų, rimtai susidomėjusių žvaigždžių evoliucija, buvo jaunas astrofizikas Subramanjanas Čandrasekharas, kilęs iš Indijos. 1930 m. jis paskelbė mokslinį darbą, kuriame aprašė tariamą žvaigždžių vidinę sandarą, taip pat jų gyvavimo ciklus.
Jau XX amžiaus pradžioje mokslininkai spėliojo apie tokį reiškinį kaip gravitacinis suspaudimas (gravitacinis kolapsas). Tam tikru savo gyvenimo momentu žvaigždė, veikiama gravitacinių jėgų, pradeda trauktis didžiuliu greičiu. Paprastai tai atsitinka žvaigždės mirties momentu, tačiau gravitacinio kolapso metu yra keletas būdų, kaip toliau egzistuoti karštas rutulys.
Chandrasekharo mokslinis patarėjas Ralphas Fowleris, savo laiku gerbiamas fizikas teoretikas, manė, kad gravitacinio griūties metu bet kuri žvaigždė virsta mažesne ir karštesne – balta nykštuke. Tačiau paaiškėjo, kad studentas „sulaužė“ mokytojo teoriją, kuria praėjusio amžiaus pradžioje dalijosi dauguma fizikų. Remiantis jauno indo darbu, žvaigždės žūtis priklauso nuo jos pradinės masės. Pavyzdžiui, baltosiomis nykštukėmis gali tapti tik tos žvaigždės, kurių masė neviršija 1,44 Saulės masės. Šis skaičius buvo vadinamas Chandrasekhar limitu. Jei žvaigždės masė viršijo šią ribą, ji miršta visiškai kitaip. Tam tikromis sąlygomis tokia žvaigždė mirties akimirką gali atgimti į naują, neutroninę žvaigždę – tai dar viena šiuolaikinės Visatos paslaptis. Reliatyvumo teorija nurodo kitą variantą – žvaigždės suspaudimą iki itin mažų verčių, ir čia prasideda linksmybės.
1932 m. viename iš mokslinių žurnalų pasirodė straipsnis, kuriame puikus SSRS fizikas Levas Landau pasiūlė, kad griūties metu supermasyvi žvaigždė suspausta į tašką, kurio spindulys ir begalinė masė. Nepaisant to, kad tokį įvykį labai sunku įsivaizduoti nepasiruošusio žmogaus požiūriu, Landau nebuvo toli nuo tiesos. Fizikas taip pat pasiūlė, kad, remiantis reliatyvumo teorija, gravitacija tokiame taške bus tokia didelė, kad pradės iškraipyti erdvėlaikį.
Astrofizikams Landau teorija patiko ir jie toliau ją plėtojo. 1939 m. Amerikoje dviejų fizikų – Roberto Oppenheimerio ir Hartlando Snyderio – pastangomis atsirado teorija, kuri detaliai apibūdino supermasyvią žvaigždę žlugimo metu. Dėl tokio įvykio turėjo atsirasti tikra juodoji skylė. Nepaisant įtikinamų argumentų, mokslininkai ir toliau neigė tokių kūnų egzistavimo galimybę, taip pat žvaigždžių virsmą jais. Net Einšteinas atsiribojo nuo šios idėjos, manydamas, kad žvaigždė nėra pajėgi tokioms fenomenalioms transformacijoms. Kiti fizikai negailėjo savo teiginių, vadindami tokių įvykių galimybę juokinga.
Tačiau mokslas visada pasiekia tiesą, tereikia šiek tiek palaukti. Taip ir atsitiko.
Ryškiausi objektai Visatoje
Mūsų pasaulis yra paradoksų rinkinys. Kartais jame koegzistuoja dalykai, kurių sambūvis prieštarauja bet kokiai logikai. Pavyzdžiui, termino „juodoji skylė“ normalus žmogus nesusietų su posakiu „neįtikėtinai šviesus“, tačiau praėjusio šimtmečio 60-ųjų pradžioje atliktas atradimas leido mokslininkams šį teiginį laikyti neteisingu.
Teleskopų pagalba astrofizikams žvaigždėtame danguje pavyko aptikti iki šiol nežinomus objektus, kurie elgėsi labai keistai, nepaisant to, kad atrodė kaip paprastos žvaigždės. Amerikiečių mokslininkas Martinas Schmidtas, tyrinėdamas šiuos keistus šviesulius, atkreipė dėmesį į jų spektrografiją, kurios duomenys rodė skirtingus rezultatus nei skenuojant kitas žvaigždes. Paprasčiau tariant, šios žvaigždės nebuvo tokios, kaip kitos, prie kurių esame įpratę.
Staiga Schmidtui išaušo ir jis pastebėjo spektro poslinkį raudonajame diapazone. Paaiškėjo, kad šie objektai yra daug toliau nuo mūsų nei žvaigždės, kurias esame įpratę stebėti danguje. Pavyzdžiui, Schmidto pastebėtas objektas buvo už pustrečio milijardo šviesmečių nuo mūsų planetos, bet švietė taip ryškiai kaip žvaigždė už kelių šimtų šviesmečių. Pasirodo, vieno tokio objekto šviesa yra palyginama su visos galaktikos ryškumu. Šis atradimas buvo tikras proveržis astrofizikoje. Mokslininkas šiuos objektus pavadino „kvazižvaigždiniais“ arba tiesiog „kvazarais“.
Martinas Schmidtas toliau tyrinėjo naujus objektus ir išsiaiškino, kad tokį ryškų švytėjimą gali sukelti tik viena priežastis – akrecija. Akrecija yra procesas, kai supermasyvus kūnas, naudojant gravitaciją, sugeria aplinkinę medžiagą. Mokslininkas padarė išvadą, kad kvazarų centre yra didžiulė juodoji skylė, kuri neįtikėtina jėga įtraukia ją supančią medžiagą į erdvę. Skylė sugeria medžiagą, todėl dalelės įsibėgėja iki didžiulio greičio ir pradeda švytėti. Tam tikras šviečiantis kupolas aplink juodąją skylę vadinamas akreciniu disku. Jos vizualizacija buvo gerai parodyta Christopherio Nolano filme „Tarpžvaigždinė“, kuris sukėlė daug klausimų: „kaip gali švytėti juodoji skylė?
Iki šiol mokslininkai žvaigždėtame danguje jau rado tūkstančius kvazarų. Šie keisti, neįtikėtinai ryškūs objektai vadinami Visatos švyturiais. Jie leidžia mums šiek tiek geriau įsivaizduoti kosmoso struktūrą ir priartėti prie momento, nuo kurio viskas prasidėjo.
Nors astrofizikai jau daugelį metų gaudavo netiesioginių įrodymų apie supermasyvių nematomų objektų egzistavimą Visatoje, terminas „juodoji skylė“ egzistavo tik 1967 m. Kad būtų išvengta sudėtingų pavadinimų, amerikiečių fizikas Johnas Archibaldas Wheeleris pasiūlė tokius objektus vadinti „juodosiomis skylėmis“. Kodėl gi ne? Tam tikru mastu jie yra juodi, nes mes jų nematome. Be to, jie viską traukia, į juos gali įkristi, kaip į tikrą skylę. O pagal šiuolaikinius fizikos dėsnius iš tokios vietos tiesiog neįmanoma išeiti. Tačiau Stephenas Hawkingas tvirtina, kad keliaujant per juodąją skylę galima patekti į kitą Visatą, kitą pasaulį, ir tai yra viltis.
Begalybės baimė
Dėl pernelyg didelio juodųjų skylių paslaptingumo ir romantizmo šie objektai tapo tikra siaubo istorija tarp žmonių. Bulvarinė spauda mėgsta spėlioti apie gyventojų neraštingumą, publikuoja nuostabias istorijas apie tai, kaip mūsų Žemės link juda didžiulė juodoji skylė, kuri per kelias valandas praris Saulės sistemą, arba tiesiog skleis mūsų planetos link nuodingų dujų bangas. .
Itin populiari tema, kaip naikinti planetą pasitelkus Didįjį hadronų greitintuvą, kuris Europoje buvo pastatytas 2006 metais Europos branduolinių tyrimų tarybos (CERN) teritorijoje. Panikos banga prasidėjo kaip kažkieno kvailas pokštas, bet išaugo kaip sniego gniūžtė. Kažkas paskleidė gandą, kad greitintuvo dalelių greitintuve gali susidaryti juodoji skylė, kuri visiškai prarytų mūsų planetą. Žinoma, pasipiktinę žmonės ėmė reikalauti uždrausti eksperimentus LHC, bijodami tokios įvykių baigties. Europos teismas pradėjo gauti ieškinius, kuriuose reikalaujama uždaryti greitintuvą, o jį sukūrusius mokslininkus nubausti pagal įstatymą.
Tiesą sakant, fizikai neneigia, kad dalelėms susidūrus Didžiajame hadronų greitintuve gali atsirasti objektų, savo savybėmis panašių į juodąsias skyles, tačiau jų dydis yra elementariųjų dalelių dydžio lygyje ir tokios „skylės“ egzistuoja tokiai trumpą laiką, kad net negalime užfiksuoti jų atsiradimo.
Vienas iš pagrindinių ekspertų, bandančių išsklaidyti neišmanymo bangą žmonių akivaizdoje, yra Stephenas Hawkingas, garsus teorinis fizikas, kuris, be to, laikomas tikru juodųjų skylių „guru“. Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės ne visada sugeria šviesą, atsirandančią akreciniuose diskuose, o dalis jos yra išsklaidyta erdvėje. Šis reiškinys buvo vadinamas Hokingo spinduliuote arba juodosios skylės garavimu. Hawkingas taip pat nustatė ryšį tarp juodosios skylės dydžio ir jos „išgaravimo“ greičio – kuo ji mažesnė, tuo mažiau laiko ji egzistuoja. Tai reiškia, kad visi Didžiojo hadronų greitintuvo priešininkai neturėtų jaudintis: juodosios skylės jame negalės išgyventi nė milijonosios sekundės dalies.
Teorija praktiškai neįrodyta
Deja, žmogaus technologijos šiame vystymosi etape neleidžia mums patikrinti daugumos astrofizikų ir kitų mokslininkų sukurtų teorijų. Viena vertus, juodųjų skylių egzistavimas buvo gana įtikinamai įrodytas popieriuje ir išvestas naudojant formules, kuriose viskas atitinka kiekvieną kintamąjį. Kita vertus, praktiškai savo akimis dar negalėjome pamatyti tikros juodosios skylės.
Nepaisant visų nesutarimų, fizikai teigia, kad kiekvienos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė, kuri savo gravitacija sutraukia žvaigždes į spiečius ir verčia jas keliauti po Visatą su didele ir draugiška kompanija. Mūsų Paukščių Tako galaktikoje, įvairiais skaičiavimais, yra nuo 200 iki 400 milijardų žvaigždžių. Visos šios žvaigždės skrieja aplink kažką, kas turi milžinišką masę, ko mes negalime pamatyti teleskopu. Greičiausiai tai juodoji skylė. Ar turėtume jos bijoti? – Ne, bent jau ne per artimiausius kelis milijardus metų, bet apie tai galime sukurti dar vieną įdomų filmą.
Juodosios skylės, tamsioji medžiaga, tamsioji materija... Tai neabejotinai keisčiausi ir paslaptingiausi objektai erdvėje. Jų keistos savybės gali mesti iššūkį Visatos fizikos dėsniams ir net esamos tikrovės prigimtį. Norėdami suprasti, kas yra juodosios skylės, mokslininkai siūlo „pakeisti savo dėmesį“, išmokti mąstyti už langelio ribų ir pasitelkti šiek tiek vaizduotės. Juodosios skylės susidaro iš itin masyvių žvaigždžių šerdies, kurią galima apibūdinti kaip kosmoso regioną, kuriame tuštumose telkiasi didžiulė masė, ir niekas, net šviesa, negali išvengti gravitacinės traukos. Tai sritis, kurioje antrasis pabėgimo greitis viršija šviesos greitį: ir kuo masyvesnis judėjimo objektas, tuo greičiau jis turi judėti, kad atsikratytų gravitacijos jėgos. Tai žinoma kaip pabėgimo greitis.
Collier enciklopedija juodosiomis skylėmis vadina erdvę erdvėje, atsirandančią dėl visiško gravitacinio materijos griūties, kurioje gravitacinė trauka yra tokia stipri, kad nei materija, nei šviesa, nei kiti informacijos nešėjai negali iš jos išeiti. Todėl juodosios skylės vidus nėra priežastiniu ryšiu susijęs su likusia visatos dalimi; Fiziniai procesai, vykstantys juodosios skylės viduje, negali turėti įtakos procesams už jos ribų. Juodąją skylę supa paviršius, turintis vienkryptės membranos savybę: pro ją medžiaga ir spinduliuotė laisvai patenka į juodąją skylę, tačiau iš ten niekas negali ištrūkti. Šis paviršius vadinamas „įvykių horizontu“.
Atradimų istorija
Juodosios skylės, kurias numatė bendroji reliatyvumo teorija (1915 m. Einšteino pasiūlyta gravitacijos teorija) ir kitos, modernesnės gravitacijos teorijos, matematiškai pagrindė R. Oppenheimeris ir H. Snyderis 1939 m. Tačiau erdvės savybes ir laikas prie šių objektų pasirodė toks neįprastas, kad astronomai ir fizikai į juos rimtai nežiūrėjo 25 metus. Tačiau astronominiai atradimai septintojo dešimtmečio viduryje iškėlė juodąsias skyles į paviršių kaip galimą fizinę realybę. Nauji atradimai ir tyrimai galėtų iš esmės pakeisti mūsų supratimą apie erdvę ir laiką, atskleisti milijardus kosminių paslapčių.
Juodųjų skylių susidarymas
Nors termobranduolinės reakcijos vyksta žvaigždės žarnyne, jos palaiko aukštą temperatūrą ir slėgį, neleidžiant žvaigždei žlugti veikiant savo gravitacijai. Tačiau laikui bėgant branduolinis kuras išsenka, o žvaigždė pradeda trauktis. Skaičiavimai rodo, kad jei žvaigždės masė neviršys trijų Saulės masių, ji laimės „kovą su gravitacija“: jos gravitacinį kolapsą sustabdys „išsigimusios“ materijos slėgis, o žvaigždė amžinai virs baltoji nykštukė arba neutroninė žvaigždė. Bet jei žvaigždės masė yra didesnė nei trys saulės, niekas negali sustabdyti jos katastrofiško žlugimo ir ji greitai pateks po įvykių horizontu, tapdama juodąja skyle.
Ar juodoji skylė yra spurgos skylė?
Tai, kas neskleidžia šviesos, nėra lengva pastebėti. Vienas iš būdų ieškoti juodosios skylės yra kosminėje erdvėje ieškoti regionų, kurie turi daug masės ir yra tamsioje erdvėje. Ieškodami tokio tipo objektų, astronomai juos rado dviejose pagrindinėse srityse: galaktikų centruose ir mūsų Galaktikos dvigubų žvaigždžių sistemose. Iš viso, kaip teigia mokslininkai, tokių objektų yra dešimtys milijonų.
Šiuo metu vienintelis patikimas būdas atskirti juodąją skylę nuo kito objekto yra išmatuoti objekto masę ir dydį bei palyginti jo spindulį su
