Juodosios skylės yra bene paslaptingiausi ir paslaptingiausi astronominiai objektai mūsų Visatoje nuo pat atradimo momento, 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, 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 „tamsioji skylė“, nes atsiranda 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 degalų tiekimas baigiasi, o 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, 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“ momentu - kitos žvaigždės absorbcija, 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 atviri, jei būtumėte juodojoje skylėje, 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 diapazone, 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. Jo 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.
Mažiausia juodoji skylė
Tačiau didžiulėje juodųjų skylių šeimoje yra ir labai mažų atstovų. Taigi šiuo metu 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, kurie siurbia viską į save, bet tam tikromis aplinkybėmis gali ir pačios 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
>
Apsvarstykite paslaptingą ir nematomą juodosios skylės Visatoje: įdomūs faktai, Einšteino tyrimai, supermasyvūs ir tarpiniai tipai, teorija, struktūra.
- vienas įdomiausių ir paslaptingiausių objektų kosminėje erdvėje. Jie turi didelį tankį, o gravitacinė jėga tokia galinga, kad net šviesa negali ištrūkti už savo ribų.
Albertas Einšteinas pirmą kartą apie juodąsias skyles prabilo 1916 m., kai sukūrė bendrąją reliatyvumo teoriją. Pats terminas atsirado 1967 metais Johno Wheelerio dėka. O pirmoji juodoji skylė buvo „pamatyta“ 1971 m.
Juodųjų skylių klasifikacija apima tris tipus: žvaigždžių masės juodąsias skyles, supermasyvias juodąsias skyles ir vidutinės masės juodąsias skyles. Būtinai pažiūrėkite vaizdo įrašą apie juodąsias skyles, kad sužinotumėte daug įdomių faktų ir geriau pažintumėte šiuos paslaptingus kosminius darinius.
Įdomūs faktai apie juodąsias skyles
- Jei atsidursite juodojoje skylėje, gravitacija jus ištemps. Tačiau bijoti nereikia, nes tu mirsi nepasiekęs singuliarumo. 2012 m. atliktas tyrimas parodė, kad kvantiniai efektai įvykių horizontą paverčia ugnies siena, kuri paverčia jus pelenų krūva.
- Juodosios skylės „nesiurbia“. Šį procesą sukelia vakuumas, kurio šiame darinyje nėra. Taigi medžiaga tiesiog nukrenta.
- Pirmoji juodoji skylė buvo Cygnus X-1, kurią rado raketos su Geigerio skaitikliais. 1971 metais mokslininkai gavo radijo signalą iš Cygnus X-1. Šis objektas tapo Kipo Thorne'o ir Stepheno Hawkingo ginčo objektu. Pastarieji manė, kad tai ne juodoji skylė. 1990 metais jis pripažino pralaimėjęs.
- Mažytės juodosios skylės galėjo atsirasti iškart po Didžiojo sprogimo. Sparčiai besisukanti erdvė kai kurias sritis suspaudė į tankias skyles, ne tokias masyvias nei Saulė.
- Jei žvaigždė priartės per arti, ji gali suplyšti.
- Paprastai manoma, kad yra iki milijardo žvaigždžių juodųjų skylių, kurių masė tris kartus didesnė už Saulės masę.
- Jei palyginsime stygų teoriją ir klasikinę mechaniką, pirmoji duoda daugiau masyvių milžinų atmainų.
Juodųjų skylių pavojus
Kai žvaigždėje baigiasi kuras, ji gali pradėti savęs naikinimo procesą. Jei jo masė būtų tris kartus didesnė už Saulės masę, likusi šerdis taptų neutronine žvaigžde arba balta nykštuke. Tačiau didesnė žvaigždė virsta juodąja skyle.
Tokie objektai yra maži, tačiau turi neįtikėtiną tankį. Įsivaizduokite, kad priešais jus yra miesto dydžio objektas, bet jo masė tris kartus didesnė už Saulės. Tai sukuria neįtikėtinai didžiulę gravitacinę jėgą, kuri pritraukia dulkes ir dujas, padidindama jų dydį. Nustebsite, bet žvaigždžių juodųjų skylių gali būti keli šimtai milijonų.
Supermasyvios juodosios skylės
Žinoma, visatoje niekas neprilygsta supermasyvių juodųjų skylių nuostabumui. Jie milijardus kartų viršija saulės masę. Manoma, kad tokių objektų yra beveik kiekvienoje galaktikoje. Mokslininkai dar nežino visų formavimosi proceso subtilybių. Greičiausiai jie auga dėl aplinkinių dulkių ir dujų susikaupusios masės.
Jie gali būti skolingi dėl tūkstančių mažų juodųjų skylių susijungimo. Arba gali sugriūti visas žvaigždžių spiečius.
Juodosios skylės galaktikų centruose
Astrofizikė Olga Silčenko apie supermasyvios juodosios skylės atradimą Andromedos ūke, Johno Kormendy tyrimus ir tamsius gravituojančius kūnus:
Kosminių radijo šaltinių prigimtis
Astrofizikas Anatolijus Zasovas apie sinchrotroninę spinduliuotę, juodąsias skyles tolimų galaktikų branduoliuose ir neutralias dujas:
Tarpinės juodosios skylės
Neseniai mokslininkai atrado naują tipą – vidutinės masės juodąsias skyles. Jie gali susidaryti, kai spiečių žvaigždės susiduria, sukeldamos grandininę reakciją. Dėl to jie patenka į centrą ir sudaro supermasyvią juodąją skylę.
2014 m. astronomai spiralinės galaktikos rankose atrado tarpinį tipą. Juos labai sunku rasti, nes jie gali būti nenuspėjamose vietose.
Mikro juodosios skylės
Fizikas Eduardas Boosas apie LHC saugumą, mikrojuodosios skylės atsiradimą ir membranos koncepciją:
Juodosios skylės teorija
Juodosios skylės yra itin masyvūs objektai, tačiau užima palyginti nedidelę erdvę. Be to, jie turi didžiulę gravitaciją, neleidžiančią objektams (ir net šviesai) palikti jų teritoriją. Tačiau tiesiogiai jų pamatyti neįmanoma. Tyrėjai turi pažvelgti į spinduliuotę, kuri susidaro, kai maitina juodoji skylė.
Įdomu tai, kad atsitinka taip, kad materija, einanti link juodosios skylės, atsimuša į įvykių horizontą ir yra išmetama. Tokiu atveju susidaro ryškios medžiagos čiurkšlės, judančios reliatyvistiniu greičiu. Šias emisijas galima aptikti dideliais atstumais.
- nuostabūs objektai, kuriuose gravitacijos jėga yra tokia didžiulė, kad gali sulenkti šviesą, deformuoti erdvę ir iškraipyti laiką.
Juodosiose skylėse galima išskirti tris sluoksnius: išorinį ir vidinį įvykių horizontą bei singuliarumą.
Juodosios skylės įvykių horizontas yra riba, nuo kurios šviesa neturi galimybės ištrūkti. Kai dalelė kirs šią liniją, ji negalės išeiti. Vidinė sritis, kurioje yra juodosios skylės masė, vadinama singuliarumu.
Jei kalbėtume iš klasikinės mechanikos pozicijų, tai niekas negali išvengti juodosios skylės. Tačiau kvantas daro savo pataisą. Faktas yra tas, kad kiekviena dalelė turi antidalelę. Jie turi tą pačią masę, bet skirtingus krūvius. Jei jie susikerta, jie gali sunaikinti vienas kitą.
Kai tokia pora atsiranda už įvykių horizonto, vieną iš jų galima įtraukti, o kitą – atstumti. Dėl to horizontas gali susitraukti, o juodoji skylė sugriūti. Mokslininkai vis dar bando tirti šį mechanizmą.
Akrecija
Astrofizikas Sergejus Popovas apie supermasyvias juodąsias skyles, planetų formavimąsi ir materijos kaupimąsi ankstyvojoje Visatoje:
Garsiausios juodosios skylės
Dažnai užduodami klausimai apie juodąsias skyles
Talpiau tariant, juodoji skylė yra tam tikra erdvė erdvėje, kurioje sutelkta tokia didžiulė masė, kad nė vienas objektas negali išvengti gravitacinio poveikio. Kalbant apie gravitaciją, mes remiamės bendra Alberto Einšteino pasiūlyta reliatyvumo teorija. Norėdami suprasti tiriamo objekto detales, judėsime žingsnis po žingsnio.
Įsivaizduokime, kad esate planetos paviršiuje ir metate riedulį. Jei neturite Hulko galios, negalėsite panaudoti pakankamai jėgos. Tada akmuo pakils į tam tikrą aukštį, bet veikiamas gravitacijos spaudimo nukris atgal. Jei turite paslėptą žaliojo stipruolio potencialą, tuomet galite suteikti objektui pakankamą pagreitį, kurio dėka jis visiškai paliks gravitacinio poveikio zoną. Tai vadinama „pabėgimo greičiu“.
Jei suskaidysime jį į formulę, šis greitis priklauso nuo planetos masės. Kuo jis didesnis, tuo galingesnis gravitacinis sukibimas. Išvykimo greitis priklausys nuo to, kur tiksliai esate: kuo arčiau centro, tuo lengviau išlipti. Mūsų planetos išskridimo greitis yra 11,2 km/s, bet jis yra 2,4 km/s.
Artėjame prie įdomiausios dalies. Tarkime, kad turite objektą su neįtikėtina masės koncentracija, surinktą mažoje vietoje. Šiuo atveju pabėgimo greitis viršija šviesos greitį. Ir mes žinome, kad niekas nejuda greičiau už šį rodiklį, o tai reiškia, kad niekas negalės įveikti tokios jėgos ir pabėgti. Net šviesos spindulys negali to padaryti!
Dar XVIII amžiuje Laplasas mąstė apie ekstremalią masės koncentraciją. Vadovaudamasis bendruoju reliatyvumu, Karlas Schwarzschildas sugebėjo rasti matematinį teorijos lygties sprendimą tokiam objektui apibūdinti. Papildomai prisidėjo Oppenheimeris, Wolkoffas ir Snyderis (1930 m.). Nuo to momento žmonės pradėjo rimtai diskutuoti šia tema. Tapo aišku: kai masyvi žvaigždė baigia kurą, ji negali atlaikyti gravitacijos jėgos ir būtinai subyrės į juodąją skylę.
Einšteino teorijoje gravitacija yra erdvės ir laiko kreivumo pasireiškimas. Faktas yra tas, kad įprastos geometrinės taisyklės čia neveikia, o masyvūs objektai iškreipia erdvėlaikį. Juodoji skylė turi keistų savybių, todėl jos iškraipymas matomas aiškiausiai. Pavyzdžiui, objektas turi „įvykių horizontą“. Tai yra rutulio paviršius, žymintis skylės liniją. Tai yra, jei peržengi šią ribą, kelio atgal nėra.
Žodžiu, tai vieta, kur pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui. Už šios vietos pabėgimo greitis yra mažesnis už šviesos greitį. Bet jei jūsų raketa gali įsibėgėti, tada užteks energijos pabėgti.
Pats horizontas yra gana keistas geometrijos prasme. Jei esate toli, jausitės taip, lyg žiūrėtumėte į statinį paviršių. Bet jei priartėsite, suprasite, kad jis juda į išorę šviesos greičiu! Dabar suprantu, kodėl lengva įeiti, bet taip sunku pabėgti. Taip, tai labai glumina, nes iš tikrųjų horizontas stovi vietoje, bet tuo pat metu jis veržiasi šviesos greičiu. Tai panašu į situaciją su Alisa, kuri turėjo bėgti kuo greičiau, kad tik liktų vietoje.
Patekus į horizontą, erdvė ir laikas patiria tokį stiprų iškraipymą, kad koordinatės pradeda apibūdinti radialinio atstumo ir persijungimo laiko vaidmenis. Tai yra, „r“, žymintis atstumą nuo centro, tampa laikinas, o „t“ dabar yra atsakingas už „erdviškumą“. Dėl to jūs negalėsite nustoti judėti su mažesniu r indeksu, kaip ir jūs negalėsite patekti į ateitį įprastu laiku. Pasieksite singuliarumą, kur r = 0. Galite mesti raketas, paleisti variklį iki maksimumo, bet negalite pabėgti.
Terminą „juodoji skylė“ sugalvojo Johnas Archibaldas Wheeleris. Prieš tai jie buvo vadinami „atšalusiomis žvaigždėmis“.
Fizikas Emilis Akhmedovas apie juodųjų skylių, Karlo Schwarzschildo ir milžiniškų juodųjų skylių tyrimą:
Yra du būdai apskaičiuoti, kokio dydžio kažkas yra. Galite įvardyti masę arba tai, kiek plotas užima. Jei imsime pirmąjį kriterijų, tai nėra konkrečios juodosios skylės masyvumo ribos. Galite naudoti bet kokį kiekį, jei tik galite jį suspausti iki reikiamo tankio.
Dauguma šių darinių atsirado po masyvių žvaigždžių mirties, todėl galima tikėtis, kad jų svoris turėtų būti lygiavertis. Tipinė tokios skylės masė būtų 10 kartų didesnė nei saulės – 10 31 kg. Be to, kiekvienoje galaktikoje turi būti centrinė supermasyvi juodoji skylė, kurios masė milijoną kartų viršija Saulės – 10 36 kg.
Kuo objektas masyvesnis, tuo daugiau masės jis dengia. Horizonto spindulys ir masė yra tiesiogiai proporcingi, tai yra, jei juodoji skylė sveria 10 kartų daugiau nei kita, tada jos spindulys yra 10 kartų didesnis. Saulės masyvumo skylės spindulys yra 3 km, o jei jis yra milijoną kartų didesnis, tada 3 milijonai km. Atrodo, kad tai neįtikėtinai dideli dalykai. Tačiau nepamirškime, kad tai yra standartinės astronomijos sąvokos. Saulės spindulys siekia 700 000 km, o juodosios skylės – 4 kartus didesnis.
Tarkime, kad jums nepasisekė ir jūsų laivas nenumaldomai juda link supermasyvios juodosios skylės. Nėra prasmės kovoti. Jūs tiesiog išjungiate variklius ir einate link neišvengiamo. Ko tikėtis?
Pradėkime nuo nesvarumo. Esate laisvo kritimo metu, todėl įgula, laivas ir visos dalys yra nesvarūs. Kuo arčiau skylės centro, tuo stipresnės yra potvynio gravitacinės jėgos. Pavyzdžiui, jūsų pėdos yra arčiau centro nei galva. Tada pradedi jausti, kad tave tempia. Dėl to jūs tiesiog būsite suplėšyti.
Šios jėgos nepastebimos tol, kol nepasieksite 600 000 km atstumu nuo centro. Tai jau po horizonto. Bet mes kalbame apie didžiulį objektą. Jei patektum į skylę su saulės mase, potvynio jėgos tave apimtų 6000 km nuo centro ir išdraskytų dar nepasiekus horizonto (todėl mes siunčiame į didžiąją, kad jau galėtum mirti skylės viduje, o ne artėjant).
Kas viduje? Nenoriu nuvilti, bet nieko nuostabaus. Kai kurių objektų išvaizda gali būti iškreipta ir nieko neįprasto. Net ir peržengę horizontą matysite aplinkinius dalykus, kurie juda kartu su jumis.
Kiek laiko visa tai užtruks? Viskas priklauso nuo jūsų atstumo. Pavyzdžiui, pradėjote nuo ramybės taško, kur singuliarumas yra 10 kartų didesnis už skylės spindulį. Priartėti prie horizonto prireiks tik 8 minučių, o paskui dar 7 sekundes, kad patektumėte į singuliarumą. Jei pateksite į mažą juodąją skylę, viskas vyks greičiau.
Vos peržengęs horizontą gali šaudyti raketomis, rėkti ir verkti. Turite 7 sekundes visa tai padaryti, kol pateksite į singuliarumą. Bet niekas jūsų neišgelbės. Taigi tiesiog mėgaukitės važiavimu.
Tarkime, tu esi pasmerktas ir įkritai į duobę, o tavo vaikinas stebi iš tolo. Na, jis viską matys kitaip. Pastebėsite, kad priartėję prie horizonto sulėtėsite. Bet net jei žmogus sėdi šimtą metų, jis nelauks, kol pasieksite horizontą.
Pabandykime paaiškinti. Juodoji skylė galėjo atsirasti iš griūvančios žvaigždės. Kadangi medžiaga sunaikinta, Kirilas (tegul jis bus tavo draugas) mato, kad ji mažėja, bet niekada nepastebės, kad ji artėja prie horizonto. Štai kodėl jos buvo vadinamos „užšalusiomis žvaigždėmis“, nes atrodo, kad jos užšąla tam tikru spinduliu.
Kas atsitiko? Pavadinkime tai optine apgaule. Norint suformuoti skylę, nereikia begalybės, kaip ir nereikia kirsti horizonto. Artėjant šviesa užtrunka ilgiau, kad pasiektų Kirilą. Tiksliau, jūsų perėjimo realiuoju laiku spinduliuotė bus įrašyta horizonte amžinai. Jūs jau seniai peržengėte liniją, o Kirilas vis dar stebi šviesos signalą.
Arba galite prieiti iš kitos pusės. Laikas ilgėja šalia horizonto. Pavyzdžiui, jūs turite itin galingą laivą. Tau pavyko priartėti prie horizonto, pabūti ten porą minučių ir gyvam išlipti pas Kirilą. ką pamatysi? Senis! Juk laikas tau prabėgo daug lėčiau.
Kas tada tiesa? Iliuzija ar laiko žaidimas? Viskas priklauso nuo koordinačių sistemos, naudojamos juodajai skylei apibūdinti. Jei pasikliaujate Schwarzschild koordinatėmis, tada kertant horizontą laiko koordinatė (t) yra lygi begalybei. Tačiau šios sistemos metrika suteikia neryškų vaizdą apie tai, kas vyksta šalia paties objekto. Ties horizonto linija visos koordinatės yra iškraipytos (singuliarumas). Bet jūs galite naudoti abi koordinačių sistemas, todėl abu atsakymai galioja.
Tiesą sakant, jūs tiesiog tapsite nematomas, o Kirilas nustos jus matyti, kol nepraeis daug laiko. Nepamirškite apie raudonąjį poslinkį. Jūs skleidžiate stebimą šviesą tam tikru bangos ilgiu, bet Kirilas matys ją esant ilgesniam. Bangos ilgėja artėjant prie horizonto. Be to, nepamirškite, kad tam tikruose fotonuose atsiranda spinduliuotė.
Pavyzdžiui, perėjimo momentu atsiųsite paskutinį fotoną. Kirilą jis pasieks tam tikru ribotu laiku (supermasyvios juodosios skylės atveju apie valandą).
Žinoma, kad ne. Nepamirškite apie įvykių horizonto egzistavimą. Tai vienintelė sritis, iš kurios negalite išeiti. Užtenka tik prie jos nesiartinti ir jaustis ramiai. Be to, iš saugaus atstumo šis objektas jums atrodys labai įprastas.
Hokingo informacijos paradoksas
Fizikas Emilis Akhmedovas apie gravitacijos poveikį elektromagnetinėms bangoms, juodųjų skylių informacinį paradoksą ir nuspėjamumo principą moksle:
Neišsigąskite, nes Saulė niekada nevirs tokiu objektu, nes jai tiesiog neužtenka masės. Be to, dabartinę išvaizdą jis išlaikys dar 5 milijardus metų. Tada jis pereis į raudonojo milžino stadiją, sugerdamas Merkurijų, Venerą ir kruopščiai apkepindamas mūsų planetą, o tada taps įprasta balta nykštuke.
Bet pasileiskime fantazijai. Taigi Saulė tapo juodąja skyle. Pirmiausia mus tuoj apgaubs tamsa ir šaltis. Žemė ir kitos planetos nebus įsiurbtos į skylę. Jie ir toliau skris aplink naują objektą įprastomis orbitomis. Kodėl? Nes horizontas sieks vos 3 km, o gravitacija mums nieko nepadarys.
Taip. Natūralu, kad negalime pasikliauti matomu stebėjimu, nes šviesa negali pabėgti. Tačiau yra netiesioginių įrodymų. Pavyzdžiui, matote sritį, kurioje gali būti juodoji skylė. Kaip galiu tai patikrinti? Pradėkite nuo masės matavimo. Jei aišku, kad vienoje srityje jo per daug arba ji iš pažiūros nematoma, vadinasi, eini teisingu keliu. Yra du paieškos taškai: galaktikos centras ir dvejetainės sistemos su rentgeno spinduliuote.
Taigi, masyvūs centriniai objektai buvo rasti 8 galaktikose, kurių branduolinė masė svyruoja nuo milijono iki milijardo saulės. Masė apskaičiuojama stebint žvaigždžių ir dujų sukimosi aplink centrą greitį. Kuo greičiau, tuo didesnė masė turi būti, kad jie išliktų orbitoje.
Šie didžiuliai objektai laikomi juodosiomis skylėmis dėl dviejų priežasčių. Na, daugiau variantų tiesiog nėra. Nėra nieko masyvesnio, tamsesnio ir kompaktiškesnio. Be to, egzistuoja teorija, kad visos aktyvios ir didelės galaktikos turi tokį pabaisą, pasislėpusią centre. Bet vis tiek tai nėra 100% įrodymas.
Tačiau dvi naujausios išvados pasisako už teoriją. Artimiausioje aktyvioje galaktikoje buvo pastebėta netoli branduolio esanti „vandens maserio“ sistema (galingas mikrobangų spinduliuotės šaltinis). Naudodami interferometrą, mokslininkai nustatė dujų greičių pasiskirstymą. Tai yra, galaktikos centre jie išmatavo greitį per pusę šviesmečio. Tai jiems padėjo suprasti, kad viduje yra didžiulis objektas, kurio spindulys siekė pusę šviesmečio.
Antrasis radinys dar įtikinamesnis. Rentgeno spindulius naudojantys mokslininkai užkliuvo ant galaktikos šerdies spektrinės linijos, rodančios, kad netoliese yra atomų, kurių greitis yra neįtikėtinai didelis (1/3 šviesos greičio). Be to, emisija atitiko raudonąjį poslinkį, atitinkantį juodosios skylės horizontą.
Kitą klasę galima rasti Paukščių Take. Tai žvaigždžių juodosios skylės, kurios susidaro po supernovos sprogimo. Jei jie egzistuotų atskirai, net iš arti to beveik nepastebėtume. Bet mums pasisekė, nes dauguma egzistuoja dvigubose sistemose. Juos lengva rasti, nes juodoji skylė trauks savo kaimyno masę ir paveiks ją gravitacija. „Ištraukta“ medžiaga sudaro akrecinį diską, kuriame viskas įkaista ir todėl sukuria stiprią spinduliuotę.
Tarkime, kad jums pavyko rasti dvejetainę sistemą. Kaip suprasti, kad kompaktiškas objektas yra juodoji skylė? Vėl kreipiamės į mases. Norėdami tai padaryti, išmatuokite netoliese esančios žvaigždės orbitos greitį. Jei masė yra neįtikėtinai didžiulė su tokiais mažais matmenimis, tada nebelieka galimybių.
Tai sudėtingas mechanizmas. Stephenas Hawkingas panašią temą iškėlė dar aštuntajame dešimtmetyje. Jis sakė, kad juodosios skylės iš tikrųjų nėra „juodos“. Yra kvantinis mechaninis poveikis, dėl kurio jis sukuria spinduliuotę. Palaipsniui skylė pradeda trauktis. Spinduliavimo greitis didėja mažėjant masei, todėl skylė skleidžia vis daugiau ir pagreitina susitraukimo procesą, kol ištirpsta.
Tačiau tai tik teorinė schema, nes niekas negali tiksliai pasakyti, kas vyksta paskutiniame etape. Kai kurie žmonės mano, kad lieka mažas, bet stabilus pėdsakas. Šiuolaikinės teorijos dar nesugalvojo nieko geresnio. Tačiau pats procesas yra neįtikėtinas ir sudėtingas. Būtina skaičiuoti parametrus išlenktu erdvėlaikiu, o patys rezultatai negali būti patikrinti normaliomis sąlygomis.
Čia galima naudoti Energijos tvermės dėsnį, tačiau tik trumpą laiką. Visata gali sukurti energiją ir masę nuo nulio, tačiau jos turi greitai išnykti. Viena iš apraiškų yra vakuumo svyravimai. Dalelių ir antidalelių poros išauga iš niekur, egzistuoja tam tikrą trumpą laiką ir miršta abipusiame sunaikinime. Jiems atsiradus sutrinka energijos balansas, bet dingus viskas atsistato. Atrodo fantastiškai, bet šis mechanizmas buvo patvirtintas eksperimentiškai.
Tarkime, vienas iš vakuumo svyravimų veikia netoli juodosios skylės horizonto. Galbūt viena iš dalelių patenka, o antroji pabėga. Tas, kuris pabėga, pasiima dalį skylės energijos ir gali patekti į stebėtojo akis. Jam atrodys, kad tamsus objektas tiesiog išleido dalelę. Tačiau procesas kartojasi ir matome nuolatinį juodosios skylės spinduliuotės srautą.
Jau sakėme, kad Kirilas mano, kad norint peržengti horizonto liniją reikia begalybės. Be to, buvo paminėta, kad juodosios skylės išgaruoja po riboto laiko. Taigi, kai pasieksite horizontą, skylė išnyks?
Nr. Kai aprašėme Kirilo pastebėjimus, apie garavimo procesą nekalbėjome. Bet jei šis procesas vyksta, viskas pasikeičia. Jūsų draugas pamatys jus skrendant per horizontą tiksliai išgaravimo momentu. Kodėl?
Kirilyje vyrauja optinė apgaulė. Įvykio horizonte skleidžiama šviesa užtrunka ilgai, kol pasiekia savo draugą. Jei skylė tęsiasi amžinai, šviesa gali keliauti neribotą laiką, o Kirilas nelauks perėjimo. Bet jei skylė išgaravo, niekas nesustabdys šviesos ir ji pasieks vaikiną radiacijos sprogimo momentu. Bet tau jau nerūpi, nes seniai mirei singuliarume.
Bendrosios reliatyvumo teorijos formulės turi įdomią savybę – simetriją laike. Pavyzdžiui, bet kurioje lygtyje galite įsivaizduoti, kad laikas teka atgal ir gauti kitokį, bet vis tiek teisingą sprendimą. Jei šį principą taikysime juodosioms skylėms, tada gimsta baltoji skylė.
Juodoji skylė yra apibrėžta sritis, iš kurios niekas negali ištrūkti. Tačiau antrasis variantas yra balta skylė, į kurią niekas negali įkristi. Tiesą sakant, ji viską atstumia. Nors matematiniu požiūriu viskas atrodo sklandžiai, tai neįrodo jų egzistavimo gamtoje. Greičiausiai jų nėra, ir nėra galimybės sužinoti.
Iki šiol kalbėjome apie juodųjų skylių klasiką. Jie nesisuka ir neturi elektros krūvio. Tačiau priešingoje versijoje prasideda įdomiausias dalykas. Pavyzdžiui, galite patekti į vidų, bet išvengti išskirtinumo. Be to, jo „vidus“ gali liestis su balta skyle. Tai yra, atsidursite savotiškame tunelyje, kur juodoji skylė yra įėjimas, o baltoji – išėjimas. Šis derinys vadinamas kirmgrauža.
Įdomu tai, kad baltoji skylė gali būti bet kur, net kitoje Visatoje. Jei žinosime, kaip suvaldyti tokias kirmgraužas, užtikrinsime greitą transportavimą į bet kurią kosmoso sritį. O dar šaunesnė yra galimybė keliauti laiku.
Tačiau nesikraukite kuprinės, kol nežinosite kelių dalykų. Deja, didelė tikimybė, kad tokių darinių nėra. Jau sakėme, kad baltosios skylės yra matematinių formulių išvada, o ne tikras ir patvirtintas objektas. Ir visos pastebėtos juodosios skylės sukuria materiją, kuri krenta ir nesudaro kirmgraužų. Ir paskutinė stotelė yra išskirtinumas.
Ar kada nors matėte, kad grindys siurbiamos? Jei taip, ar pastebėjote, kaip dulkių siurblys susiurbia dulkes ir smulkias šiukšles, pavyzdžiui, popieriaus likučius? Žinoma, jie pastebėjo. Juodosios skylės veikia taip pat, kaip ir dulkių siurblys, tačiau vietoj dulkių jos mieliau įsiurbia didesnius objektus: žvaigždes ir planetas. Tačiau jie nepaniekins ir kosminių dulkių.
Kaip atsiranda juodosios skylės?
Norint suprasti, iš kur atsiranda juodosios skylės, būtų malonu žinoti, kas yra lengvas slėgis. Pasirodo, ant daiktų krintanti šviesa daro jiems spaudimą. Pavyzdžiui, jei mes uždegsime lemputę tamsioje patalpoje, tai papildoma šviesos slėgio jėga pradės veikti visus apšviestus objektus. Ši jėga yra labai maža, o kasdieniame gyvenime mes, žinoma, niekada to nepajausime. Priežastis ta, kad lemputė yra labai silpnas šviesos šaltinis. (Laboratorinėmis sąlygomis dar galima išmatuoti lemputės šviesos slėgį; pirmasis tai padarė rusų fizikas P. N. Lebedevas) Su žvaigždėmis situacija kitokia. Kol žvaigždė jauna ir ryškiai šviečia, jos viduje kovoja trys jėgos. Viena vertus, gravitacijos jėga, kuri linkusi suspausti žvaigždę į tašką, traukia išorinius sluoksnius į vidų link šerdies. Kita vertus, yra šviesos slėgio jėga ir karštų dujų slėgio jėga, linkusi išpūsti žvaigždę. Žvaigždės šerdyje skleidžiama šviesa yra tokia intensyvi, kad atstumia išorinius žvaigždės sluoksnius ir subalansuoja gravitacijos jėgą, traukiančią juos link centro. Žvaigždei senstant, jos šerdis gamina vis mažiau šviesos. Taip nutinka todėl, kad per žvaigždės gyvavimo laiką išdega visas jos vandenilio atsargas, apie tai jau rašėme. Jei žvaigždė labai didelė, 20 kartų sunkesnė už Saulę, tai jos išoriniai apvalkalai yra labai didelės masės. Todėl sunkioje žvaigždėje išoriniai sluoksniai pradeda judėti vis arčiau šerdies, o visa žvaigždė pradeda trauktis. Tuo pačiu metu susitraukiančios žvaigždės paviršiuje didėja gravitacinė jėga. Kuo labiau žvaigždė susitraukia, tuo stipriau ji pradeda traukti aplinkinę materiją. Galiausiai žvaigždės gravitacija tampa tokia nepaprastai stipri, kad net jos skleidžiama šviesa negali ištrūkti. Šiuo metu žvaigždė tampa juodąja skyle. Jis nieko nebeskleidžia, o tik sugeria viską, kas yra šalia, įskaitant šviesą. Iš jo nesklinda nei vienas šviesos spindulys, todėl niekas jo nemato, todėl ji vadinama juodąja skyle: viskas susigeria ir nebegrįžta.
Kaip atrodo juodoji skylė?
Jei tu ir aš būtume šalia juodosios skylės, pamatytume gana didelį šviečiantį diską, besisukantį aplink mažą, visiškai juodą erdvės sritį. Ši juodoji sritis yra juodoji skylė. O aplink jį esantis šviečiantis diskas yra materija, patenkanti į juodąją skylę. Toks diskas vadinamas akreciniu disku. Juodosios skylės gravitacija yra labai stipri, todėl viduje įsiurbta medžiaga juda labai dideliu pagreičiu ir dėl to pradeda spinduliuoti. Tyrinėdami šviesą, sklindančią iš tokio disko, astronomai gali daug sužinoti apie pačią juodąją skylę. Kitas netiesioginis juodosios skylės egzistavimo ženklas yra neįprastas žvaigždžių judėjimas aplink tam tikrą erdvės sritį. Skylės gravitacija verčia šalia esančias žvaigždes judėti elipsės formos orbitomis. Tokius žvaigždžių judėjimus fiksuoja ir astronomai.
Dabar mokslininkų dėmesys sutelktas į juodąją skylę, esančią mūsų galaktikos centre. Faktas yra tas, kad vandenilio debesis, kurio masė maždaug 3 kartus didesnė už Žemės masę, artėja prie juodosios skylės. Šis debesis jau pradėjo keisti savo formą dėl juodosios skylės gravitacijos, ateinančiais metais jis dar labiau išsitemps ir bus traukiamas į juodosios skylės vidų.
Niekada negalėsime pamatyti procesų, vykstančių juodojoje skylėje, todėl galime pasitenkinti tik stebėdami diską aplink juodąją skylę. Bet ir čia mūsų laukia daug įdomių dalykų. Bene įdomiausias reiškinys – iš šio disko centro išbėgančios itin greitos medžiagos čiurkšlės. Šio reiškinio mechanizmas dar turi būti išaiškintas, ir visai gali būti, kad vienas iš jūsų sukurs tokių čiurkšlių susidarymo teoriją. Kol kas galime registruoti tik rentgeno blyksnius, kurie lydi tokius „kadrus“.
Šiame vaizdo įraše parodyta, kaip juodoji skylė palaipsniui fiksuoja medžiagą iš netoliese esančios žvaigždės. Šiuo atveju aplink juodąją skylę susidaro akrecinis diskas, o dalis jo medžiagos didžiuliu greičiu išstumiama į erdvę. Taip sukuriamas didelis rentgeno spinduliuotės kiekis, kurį paima aplink Žemę judantis palydovas.
Kaip veikia juodoji skylė?
Juodąją skylę galima suskirstyti į tris pagrindines dalis. Išorinė dalis, kurioje vis tiek galite neįkristi į juodąją skylę, jei judate labai dideliu greičiu. Giliau nei išorinė dalis yra įvykių horizontas – tai įsivaizduojama riba, kurią peržengęs kūnas praranda bet kokią viltį sugrįžti iš juodosios skylės. Visko, kas yra už įvykių horizonto, iš išorės nematyti, nes dėl stiprios gravitacijos už jos negalės praskristi net iš vidaus judanti šviesa. Manoma, kad pačiame juodosios skylės centre yra singuliarumas – mažo tūrio erdvės sritis, kurioje sutelkta didžiulė masė – juodosios skylės širdis.
Ar įmanoma nuskristi iki juodosios skylės?
Dideliu atstumu juodosios skylės trauka lygiai tokia pati, kaip ir paprastos žvaigždės, kurios masė tokia pati kaip juodosios skylės. Artėjant įvykių horizontui trauka stiprės ir stiprės. Todėl galite skristi iki juodosios skylės, bet geriau nuo jos laikytis toliau, kad galėtumėte grįžti atgal. Astronomai turėjo stebėti, kaip juodoji skylė įsiurbė netoliese esančią žvaigždę. Kaip tai atrodė, galite pamatyti šiame vaizdo įraše:
Ar mūsų Saulė pavirs juodąja skyle?
Ne, nesisuks. Saulės masė tam per maža. Skaičiavimai rodo, kad tam, kad taptų juodąja skyle, žvaigždė turi būti bent 4 kartus masyvesnė už Saulę. Vietoj to, Saulė taps raudona milžine ir išsipūs iki maždaug Žemės orbitos dydžio, prieš nusimesdama savo išorinį apvalkalą ir tapdama balta nykštuke. Tikrai daugiau papasakosime apie Saulės evoliuciją.
Iš visų žmonijai žinomų objektų, esančių kosmose, juodosios skylės sukuria baisiausią ir nesuprantamą įspūdį. Šis jausmas apima kone kiekvieną žmogų, kai minimos juodosios skylės, nepaisant to, kad žmonija apie jas žino daugiau nei pusantro šimtmečio. Pirmosios žinios apie šiuos reiškinius buvo gautos gerokai prieš Einšteino publikacijas apie reliatyvumo teoriją. Tačiau realus šių objektų egzistavimo patvirtinimas buvo gautas ne taip seniai.
Žinoma, juodosios skylės pagrįstai garsėja savo keistomis fizinėmis savybėmis, kurios sukelia dar daugiau paslapčių Visatoje. Jie lengvai meta iššūkį visiems kosminiams fizikos ir kosminės mechanikos dėsniams. Norėdami suprasti visas tokio reiškinio, kaip kosminės skylės, egzistavimo detales ir principus, turime susipažinti su šiuolaikiniais astronomijos laimėjimais ir pasitelkti savo vaizduotę, be to, turėsime peržengti standartines sąvokas. Kad būtų lengviau suprasti ir susipažinti su kosminėmis skylėmis, portalo svetainė paruošė daug įdomios informacijos apie šiuos reiškinius Visatoje.
Juodųjų skylių ypatybės iš portalo svetainės
Visų pirma, reikia pastebėti, kad juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro iš milžiniško dydžio ir masės žvaigždžių. Be to, didžiausia kiekvienos juodosios skylės savybė ir unikalumas yra tai, kad jos turi labai stiprų gravitacinį trauką. Objektų traukos prie juodosios skylės jėga viršija antrąjį pabėgimo greitį. Tokie gravitacijos rodikliai rodo, kad net šviesos spinduliai negali ištrūkti iš juodosios skylės veikimo lauko, nes jų greitis yra daug mažesnis.
Traukos ypatumas yra tas, kad jis pritraukia visus objektus, esančius arti. Kuo didesnis objektas, einantis šalia juodosios skylės, tuo daugiau įtakos ir traukos jis gaus. Atitinkamai galime daryti išvadą, kad kuo didesnis objektas, tuo stipriau jį traukia juodoji skylė, o norint išvengti tokios įtakos, kosminis kūnas turi turėti labai didelius judėjimo greičius.
Taip pat galima pastebėti, kad visoje Visatoje nėra kūno, kuris galėtų išvengti juodosios skylės pritraukimo, jei atsidurtų arti, nes net greičiausias šviesos srautas negali išvengti šios įtakos. Einšteino sukurta reliatyvumo teorija puikiai padeda suprasti juodųjų skylių ypatybes. Remiantis šia teorija, gravitacija gali paveikti laiką ir iškraipyti erdvę. Taip pat teigiama, kad kuo didesnis objektas yra kosminėje erdvėje, tuo labiau jis lėtina laiką. Atrodo, kad šalia pačios juodosios skylės laikas visiškai sustoja. Jei erdvėlaivis patektų į erdvės skylės veikimo lauką, būtų galima stebėti, kaip jis priartėdamas sulėtėtų ir galiausiai visai išnyktų.
Jūs neturėtumėte pernelyg bijoti tokių reiškinių kaip juodosios skylės ir tikėti visa šiuo metu galinčia egzistuoti nemoksline informacija. Visų pirma, turime išsklaidyti labiausiai paplitusią mitą, kad juodosios skylės gali įsiurbti visą aplinką esančią medžiagą ir objektus, o tai darydamos jos auga ir sugeria vis daugiau. Niekas iš to nėra visiškai tiesa. Taip, iš tiesų, jie gali sugerti kosminius kūnus ir materiją, bet tik tuos, kurie yra tam tikru atstumu nuo pačios skylės. Be galingos gravitacijos, jos mažai kuo skiriasi nuo įprastų milžiniškos masės žvaigždžių. Net kai mūsų Saulė pavirs juodąja skyle, ji galės įsiurbti tik nedideliu atstumu esančius objektus, o visos planetos liks suktis įprastomis orbitomis.
Žvelgiant į reliatyvumo teoriją, galime daryti išvadą, kad visi objektai, turintys stiprią gravitaciją, gali turėti įtakos laiko ir erdvės kreivumui. Be to, kuo didesnė kūno masė, tuo stipresnis bus iškraipymas. Taigi visai neseniai mokslininkai galėjo tai pastebėti praktiškai, kai galėjo apmąstyti kitus objektus, kurie mūsų akims turėjo būti nepasiekiami dėl didžiulių kosminių kūnų, tokių kaip galaktikos ar juodosios skylės. Visa tai įmanoma dėl to, kad netoliese iš juodosios skylės ar kito kūno sklindantys šviesos spinduliai savo gravitacijos įtakoje labai stipriai išlinksta. Toks iškraipymas leidžia mokslininkams pažvelgti kur kas toliau į kosmosą. Tačiau atliekant tokius tyrimus labai sunku nustatyti tikrąją tiriamo kūno vietą.
Juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro dėl supermasyvių žvaigždžių sprogimo. Be to, kad susidarytų juodoji skylė, sprogusios žvaigždės masė turi būti bent dešimt kartų didesnė už Saulės masę. Kiekviena žvaigždė egzistuoja dėl termobranduolinių reakcijų, vykstančių žvaigždės viduje. Šiuo atveju sintezės proceso metu išsiskiria vandenilio lydinys, tačiau jis negali palikti žvaigždės įtakos zonos, nes jo gravitacija pritraukia vandenilį atgal. Visas šis procesas leidžia žvaigždėms egzistuoti. Vandenilio sintezė ir žvaigždės gravitacija yra gana gerai veikiantys mechanizmai, tačiau šios pusiausvyros sutrikimas gali sukelti žvaigždės sprogimą. Daugeliu atvejų tai sukelia branduolinio kuro išeikvojimas.
Priklausomai nuo žvaigždės masės, galimi keli jų vystymosi scenarijai po sprogimo. Taigi masyvios žvaigždės sudaro supernovos sprogimo lauką, o dauguma jų lieka už buvusios žvaigždės šerdies, tokius objektus vadina Baltaisiais nykštukais. Daugeliu atvejų aplink šiuos kūnus susidaro dujų debesis, kurį laiko nykštuko gravitacija. Galimas ir kitas supermasyvių žvaigždžių vystymosi kelias, kuriame susidariusi juodoji skylė labai stipriai pritrauks visą žvaigždės materiją į savo centrą, o tai lems jos stiprų suspaudimą.
Tokie suspausti kūnai vadinami neutroninėmis žvaigždėmis. Rečiausiais atvejais, po žvaigždės sprogimo, mūsų priimtame šio reiškinio supratime, gali susidaryti juodoji skylė. Tačiau norint sukurti skylę, žvaigždės masė turi būti tiesiog milžiniška. Tokiu atveju, sutrikus branduolinių reakcijų pusiausvyrai, žvaigždės gravitacija tiesiog išprotėja. Tuo pačiu metu jis pradeda aktyviai žlugti, o po to tampa tik tašku erdvėje. Kitaip tariant, galime sakyti, kad žvaigždė kaip fizinis objektas nustoja egzistuoti. Nepaisant to, kad ji išnyksta, už jos susidaro vienodos gravitacijos ir masės juodoji skylė.
Būtent žvaigždžių žlugimas lemia tai, kad jos visiškai išnyksta, o jų vietoje susidaro juodoji skylė, kurios fizinės savybės yra tokios pat kaip ir išnykusi žvaigždė. Vienintelis skirtumas yra didesnis skylės suspaudimo laipsnis nei žvaigždės tūris. Svarbiausias visų juodųjų skylių bruožas yra jų išskirtinumas, kuris lemia jos centrą. Ši sritis prieštarauja visiems fizikos, materijos ir erdvės dėsniams, kurie nustoja egzistuoti. Norėdami suprasti singuliarumo sąvoką, galime pasakyti, kad tai yra barjeras, vadinamas kosminiu įvykių horizontu. Tai taip pat yra išorinė juodosios skylės riba. Singuliarumą galima pavadinti negrįžimo tašku, nes čia pradeda veikti milžiniška skylės gravitacinė jėga. Net šviesa, kuri kerta šį barjerą, negali ištrūkti.
Įvykių horizontas turi tokį patrauklų efektą, kuris pritraukia visus kūnus šviesos greičiu, artėjant prie pačios juodosios skylės, greičio indikatoriai dar labiau padidėja. Štai kodėl visi objektai, patenkantys į šios jėgos diapazoną, yra pasmerkti įsiurbti į skylę. Reikėtų pažymėti, kad tokios jėgos gali modifikuoti kūną, pagautą tokios traukos veikimo, po to jos išsitempia į ploną stygą ir visiškai nustoja egzistuoti erdvėje.
Atstumas tarp įvykių horizonto ir singuliarumo gali skirtis, ši erdvė vadinama Schwarzschildo spinduliu. Štai kodėl kuo didesnis juodosios skylės dydis, tuo didesnis bus veiksmų diapazonas. Pavyzdžiui, galime sakyti, kad juodosios skylės, kuri buvo tokia pat masyvi kaip mūsų Saulė, Schwarzschildo spindulys būtų trys kilometrai. Atitinkamai, didelės juodosios skylės turi didesnį diapazoną.
Juodųjų skylių paieška yra gana sudėtingas procesas, nes šviesa iš jų negali išeiti. Todėl paieška ir apibrėžimas remiasi tik netiesioginiais jų egzistavimo įrodymais. Paprasčiausias metodas, kurį mokslininkai naudoja jiems surasti, yra jų paieška ieškant vietų tamsioje erdvėje, jei jos turi didelę masę. Daugeliu atvejų astronomams pavyksta rasti juodųjų skylių dvinarėse žvaigždžių sistemose arba galaktikų centruose.
Dauguma astronomų yra linkę manyti, kad mūsų galaktikos centre taip pat yra itin galinga juodoji skylė. Šis teiginys kelia klausimą, ar ši skylė galės praryti viską mūsų galaktikoje? Iš tikrųjų tai neįmanoma, nes pati skylė turi tokią pat masę kaip ir žvaigždės, nes ji sukurta iš žvaigždės. Be to, visi mokslininkų skaičiavimai nenumato jokių pasaulinių įvykių, susijusių su šiuo objektu. Be to, dar milijardus metų mūsų galaktikos kosminiai kūnai tyliai suksis aplink šią juodąją skylę be jokių pokyčių. Įrodymus, kad Paukščių Tako centre yra skylė, galima gauti iš mokslininkų užfiksuotų rentgeno bangų. Ir dauguma astronomų yra linkę manyti, kad juodosios skylės aktyviai jas išmeta didžiuliais kiekiais.
Gana dažnai mūsų galaktikoje yra žvaigždžių sistemos, susidedančios iš dviejų žvaigždžių, ir dažnai viena iš jų gali tapti juodąja skyle. Šioje versijoje juodoji skylė sugeria visus savo kelyje esančius kūnus, o aplink ją pradeda suktis medžiaga, dėl kurios susidaro vadinamasis pagreičio diskas. Ypatinga savybė yra ta, kad jis padidina sukimosi greitį ir juda arčiau centro. Būtent į juodosios skylės vidurį patenkanti materija skleidžia rentgeno spindulius, o pati materija sunaikinama.
Dvejetainių žvaigždžių sistemos yra pačios pirmosios kandidatės į juodosios skylės statusą. Tokiose sistemose lengviausia rasti juodąją skylę dėl matomos žvaigždės tūrio, galima apskaičiuoti jos nematomo brolio rodiklius. Šiuo metu pati pirmoji kandidatė į juodosios skylės statusą gali būti žvaigždė iš Cygnus žvaigždyno, kuri aktyviai skleidžia rentgeno spindulius.
Apibendrinant iš viso to, kas išdėstyta aukščiau apie juodąsias skyles, galima teigti, kad jos nėra tokie pavojingi reiškiniai, žinoma, esant artimam artumui, tai dėl gravitacijos jėgos galingiausi objektai kosminėje erdvėje. Todėl galime teigti, kad jie niekuo nesiskiria nuo kitų kūnų, jų pagrindinis bruožas yra stiprus gravitacinis laukas.
Buvo pasiūlyta daugybė teorijų apie juodųjų skylių paskirtį, kai kurios iš jų buvo net absurdiškos. Taigi, pasak vieno iš jų, mokslininkai manė, kad juodosios skylės gali pagimdyti naujas galaktikas. Ši teorija remiasi tuo, kad mūsų pasaulis yra gana palanki vieta gyvybės atsiradimui, tačiau pasikeitus vienam iš veiksnių, gyvenimas būtų neįmanomas. Dėl šios priežasties fizinių savybių pokyčių juodosiose skylėse ypatumai ir ypatumai gali sukelti visiškai naują Visatą, kuri gerokai skirsis nuo mūsų. Tačiau tai tik teorija ir gana silpna dėl to, kad nėra įrodymų apie tokį juodųjų skylių poveikį.
Kalbant apie juodąsias skyles, jos ne tik gali sugerti medžiagą, bet ir išgaruoti. Panašus reiškinys buvo įrodytas prieš kelis dešimtmečius. Dėl šio išgaravimo juodoji skylė gali prarasti visą savo masę ir visiškai išnykti.
Visa tai yra mažiausia informacija apie juodąsias skyles, kurią galite sužinoti portalo svetainėje. Taip pat turime daug įdomios informacijos apie kitus kosminius reiškinius.
Juodosios skylės sąvoka žinoma visiems – nuo moksleivių iki pagyvenusių žmonių ji naudojama mokslinėje ir grožinėje literatūroje, geltonojoje žiniasklaidoje ir mokslinėse konferencijose. Tačiau kas tiksliai yra tokios skylės, žino ne visi.
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 patirti gravitacinio lauko trauką. Pasirodo, kuo žvaigždė masyvesnė, tuo šviesai sunkiau atsispirti jos traukai. Praėjus 13 metų po Michelio, prancūzų astronomas ir matematikas Laplasas (greičiausiai nepriklausomai nuo kolegos britų) iškėlė panašią teoriją.
1915 m Tačiau iki XX amžiaus pradžios visi jų darbai liko nepareikšti. 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 tyrinėjo 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 ją terminu „Juodoji skylė“.
1974 m Britų fizikas Stephenas Hawkingas įrodė, kad juodosios skylės, nors ir sugeria medžiagą negrįždamos, gali skleisti spinduliuotę ir galiausiai išgaruoti. Šis reiškinys vadinamas „Hawkingo spinduliuote“.
Mūsų laikas. Naujausi pulsarų ir kvazarų tyrimai, taip pat kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės atradimas pagaliau leido apibūdinti pačią juodųjų skylių sampratą. 2013 metais G2 dujų debesis priartėjo prie Juodosios skylės ir greičiausiai jį praris, o unikalaus proceso stebėjimas suteiks milžiniškų galimybių naujiems juodųjų skylių ypatybių atradimams.
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 jos gelmėse, viskas išlieka normalu. Tačiau laikui bėgant energijos atsargos išsenka ir dangaus kūnas, veikiamas savo gravitacijos, pradeda trauktis. Paskutinis šio proceso etapas yra žvaigždės šerdies žlugimas ir juodosios skylės susidarymas.
- 1. Juodoji skylė dideliu greičiu išsviedžia čiurkšlę
- 2. Materijos diskas išauga į juodąją skylę
- 3. Juodoji skylė
- 4. Išsami juodosios skylės srities schema
- 5. Rasta naujų stebėjimų dydis
Labiausiai paplitusi teorija teigia, kad panašūs reiškiniai egzistuoja kiekvienoje galaktikoje, įskaitant mūsų Paukščių Tako centrą. Didžiulė skylės gravitacinė jėga gali išlaikyti aplink save kelias galaktikas, neleisdama joms atitolti vienai nuo kitos. „Aprėpties sritis“ gali būti skirtinga, viskas priklauso nuo žvaigždės, kuri virto juodąja skyle, masės ir gali būti tūkstančiai šviesmečių.
Schwarzschildo spindulys
Pagrindinė juodosios skylės savybė yra ta, kad bet kuri į ją patekusi medžiaga negali grįžti atgal. Tas pats pasakytina ir apie šviesą. Skylės savo esme yra kūnai, kurie visiškai sugeria visą ant jų krintantį šviesą ir neskleidžia jokios 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 iki skylės centro, jis nebegalės grįžti. Šis atstumas vadinamas Schwarzschildo spinduliu. Kas tiksliai vyksta šiame spindulyje, tiksliai nežinoma, tačiau yra labiausiai paplitusi teorija. Manoma, kad visa juodosios skylės medžiaga yra sutelkta be galo mažame taške, o jo centre yra begalinio tankio objektas, kurį mokslininkai vadina išskirtiniu trikdžiu.
Kaip patenka į juodąją skylę?
(Nuotraukoje juodoji skylė Sagittarius A* atrodo kaip itin ryškus šviesos spiečius)
Ne taip seniai, 2011 m., mokslininkai atrado dujų debesį, suteikdami jam paprastą pavadinimą G2, kuris skleidžia neįprastą šviesą. Šis švytėjimas gali atsirasti dėl dujų ir dulkių trinties, kurią sukelia Sagittarius A* juodoji skylė, kuri aplink ją skrieja kaip akrecinis diskas. Taigi, mes tampame stebėtojais, stebinčiais nuostabų reiškinį, kai supermasyvi juodoji skylė absorbuoja dujų debesį.
Remiantis naujausiais tyrimais, artimiausias juodosios skylės priartėjimas įvyks 2014 m. kovo mėn. Galime atkurti vaizdą, kaip vyks šis jaudinantis reginys.
- 1. Dujų debesis, pirmą kartą pasirodęs duomenyse, primena didžiulį dujų ir dulkių kamuoliuką.
- 2. Dabar, 2013 m. birželio mėn., debesis yra nutolęs dešimtis milijardų kilometrų nuo juodosios skylės. Į jį patenka 2500 km/s greičiu.
- 3. Tikimasi, kad debesis praskris pro juodąją skylę, tačiau potvynių ir atoslūgių jėgos, kurias sukelia gravitacijos skirtumai, veikiantys priekinius ir užpakalinius debesies kraštus, privers jį įgauti vis pailgesnę formą.
- 4. Debesį suplėšius, didžioji jo dalis greičiausiai nutekės į akrecinį diską aplink Šaulį A*, sukeldama jame smūgines bangas. Temperatūra šoktels iki kelių milijonų laipsnių.
- 5. Dalis debesies pateks tiesiai į juodąją skylę. Niekas tiksliai nežino, kas su šia medžiaga atsitiks toliau, tačiau tikimasi, kad krisdama ji skleis galingus rentgeno spindulių srautus ir daugiau niekada nebus matoma.
Vaizdo įrašas: juodoji skylė praryja dujų debesį
(Kompiuterinis modeliavimas, kiek G2 dujų debesies sunaikintų ir sunaudotų juodoji skylė Sagittarius A*)
Kas yra juodosios skylės viduje?
Egzistuoja teorija, teigianti, kad juodoji skylė viduje 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, pereina 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, kas 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. Visa, ką galima bent kažkaip apsvarstyti, yra šalia jo.
Įvykių horizontas yra įprasta 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.
