Honnan jön a fekete lyuk. Fekete lyukak közérthető nyelven

Koncepció fekete lyuk mindenki számára ismert - az iskolásoktól az idősekig, a tudományos és tudományos-fantasztikus irodalomban, a sárga médiában és a tudományos konferenciákon használják. De hogy pontosan melyek az ilyen lyukak, azt nem mindenki tudja.

A fekete lyukak történetéből

1783 g. Az első hipotézist egy ilyen jelenség, mint a fekete lyuk létezéséről 1783-ban terjesztette elő John Michell angol tudós. Elméletében Newton két alkotását egyesítette – az optikát és a mechanikát. Michell ötlete a következő volt: ha a fény a legkisebb részecskék áramlása, akkor, mint minden más test, a részecskéknek is meg kell tapasztalniuk a gravitációs tér vonzását. Kiderült, hogy minél tömegesebb a csillag, annál nehezebben tud ellenállni a fénynek a vonzásában. Tizenhárom évvel Michell után a francia csillagász és matematikus, Laplace (nagy valószínűséggel brit kollégájától függetlenül) hasonló elméletet terjesztett elő.

1915 g. A 20. század elejéig azonban minden munkájuk keresetlen maradt. 1915-ben Albert Einstein kiadta az Általános relativitáselméletet, és kimutatta, hogy a gravitáció a téridő anyag által okozott görbülete, majd néhány hónappal később Karl Schwarzschild német csillagász és elméleti fizikus egy konkrét csillagászati ​​probléma megoldására használta fel. A Nap körüli görbe téridő szerkezetét vizsgálta, és újra felfedezte a fekete lyukak jelenségét.

(John Wheeler bevezette a "fekete lyukak" kifejezést a tudományos használatba)

1967 év John Wheeler amerikai fizikus felvázolt egy teret, amely egy darab papírhoz hasonlóan egy végtelenül kicsi ponttá gyűrhető, és a "fekete lyuk" kifejezést jelölte meg.

1974 év Stephen Hawking brit fizikus bebizonyította, hogy a fekete lyukak, bár visszatérés nélkül elnyelik a métert, sugárzást bocsáthatnak ki, és végül elpárologhatnak. Ezt a jelenséget Hawking-sugárzásnak nevezik.

Manapság. A pulzárokkal és kvazárokkal kapcsolatos legújabb kutatások, valamint az ereklyesugárzás felfedezése végül lehetővé tette a fekete lyukak fogalmának leírását. 2013-ban a G2 gázfelhő nagyon közel került a Fekete lyukhoz, és valószínűleg elnyeli, az egyedülálló folyamat megfigyelése óriási lehetőségeket kínál a fekete lyukak jellemzőinek új felfedezésére.

Milyenek is valójában a fekete lyukak

A jelenség lakonikus magyarázata így hangzik. A fekete lyuk egy tér-idő régió, amelynek gravitációs vonzása olyan nagy, hogy egyetlen tárgy sem, beleértve a fénykvantumokat sem, nem tudja elhagyni.

A fekete lyuk egykor hatalmas csillag volt. Míg a termonukleáris reakciók támogatják a beleit magas nyomású, minden normális marad. De idővel az energiakészlet kimerül, és az égitest saját gravitációja hatására zsugorodni kezd. Ennek a folyamatnak az utolsó szakasza a csillagmag összeomlása és egy fekete lyuk kialakulása.

• 1. Fénysugár kilökése fekete lyukkal nagy sebességgel


• 2. Az anyag korongja fekete lyukká nő


• 3. Fekete lyuk


• 4. A fekete lyuk régiójának részletes diagramja


• 5. Talált új megfigyelések mérete

A legelterjedtebb elmélet szerint hasonló jelenségek minden galaxisban léteznek, beleértve a Tejútrendszerünk közepét is. A lyuk hatalmas gravitációs ereje több galaxist is képes maga körül tartani, megakadályozva azok távolodását egymástól. A „lefedési terület” eltérő lehet, minden a fekete lyukká változott csillag tömegétől függ, és több ezer fényév is lehet.

Schwarzschild sugár

A fekete lyuk fő tulajdonsága, hogy a beléjük kerülő anyag soha nem térhet vissza. Ugyanez vonatkozik a fényre is. Magukban a lyukak olyan testek, amelyek teljesen elnyelik a rájuk eső fényt, és nem bocsátják ki a sajátjukat. Az ilyen tárgyak vizuálisan abszolút sötétség csomóinak tűnhetnek.

• 1. A fénysebességgel fele sebességgel mozgó anyag


• 2. Fotongyűrű


• 3. Belső fotonikus gyűrű


• 4. Eseményhorizont egy fekete lyukban

Einstein általános relativitáselmélete alapján, ha a test megközelítette a kritikus távolságot a lyuk közepétől, már nem tud visszatérni. Ezt a távolságot Schwarzschild-sugárnak nevezik. Hogy pontosan mi történik ezen a sugáron belül, azt nem tudni biztosan, de létezik a legelterjedtebb elmélet. Úgy gondolják, hogy a fekete lyuk összes anyaga egy végtelenül kicsi pontban koncentrálódik, és a közepén egy végtelen sűrűségű objektum található, amelyet a tudósok szinguláris perturbációnak neveznek.

Hogyan történik a fekete lyukba esés?

(A képen a Sagittarius A fekete lyuk * rendkívül erős fénycsomónak tűnik)

Nem is olyan régen, 2011-ben a tudósok felfedeztek egy gázfelhőt, így a G2 elnevezést kapta, amely szokatlan fényt bocsát ki. Az ilyen izzás súrlódást idézhet elő a gázban és a porban, amelyet a Sagittarius A * fekete lyuk hatása okoz, és amelyek akkréciós korong formájában keringenek körülötte. Így megfigyelőivé válunk annak a csodálatos jelenségnek, amikor egy szupermasszív fekete lyuk elnyeli a gázfelhőt.

A legújabb tanulmányok szerint a fekete lyuk legközelebbi megközelítése 2014 márciusában fog bekövetkezni. Újra alkothatunk egy képet arról, hogyan is fog zajlani ez a látványos látvány.

• 1. Amikor először jelenik meg az adatokban, a gázfelhő egy hatalmas gáz- és porgömbre hasonlít.


• 2. Most, 2013 júniusában a felhő több tízmilliárd kilométerre van a fekete lyuktól. 2500 km/s sebességgel esik bele.


• 3. Várhatóan a felhő elhalad a fekete lyukon, de a felhő bevezető és hátulsó szélére ható vonzáskülönbség okozta árapály-erők hatására a felhő egyre megnyúltabb alakot vesz fel.


• 4. Miután a felhő szétszakadt, nagy része valószínűleg a Nyilas A * körüli akkréciós korongba áramlik, lökéshullámokat generálva benne. Ugyanakkor a hőmérséklet több millió fokra ugrik.


• 5. A felhő egy része közvetlenül a fekete lyukba esik. Senki sem tudja pontosan, mi lesz a későbbiekben ezzel az anyaggal, de várhatóan a zuhanás során erőteljes röntgensugárzást bocsát ki, és senki más nem fogja látni.

Videó: egy fekete lyuk elnyeli a gázfelhőt

(Számítógépes szimuláció arról, hogy a G2 gázfelhő nagy részét hogyan fogja elpusztítani és elnyelni a Sagittarius A fekete lyuk *)

Mi van a fekete lyuk belsejében?

Van egy elmélet, amely azt állítja, hogy a fekete lyuk belül gyakorlatilag üres, és teljes tömege egy hihetetlenül kicsi pontban összpontosul, amely a közepén található - ez szingularitás.

Egy másik, fél évszázada létező elmélet szerint minden, ami egy fekete lyukba esik, egy másik univerzumba kerül, amely magában a fekete lyukban található. Most nem ez az elmélet a fő.

És van egy harmadik, legmodernebb és legkitartóbb elmélet, amely szerint minden, ami egy fekete lyukba esik, az eseményhorizontnak kinevezett felületén húrok rezgéseiben oldódik fel.

Tehát mi az eseményhorizont? Egy fekete lyuk belsejébe még egy szupererős távcsővel sem lehet belenézni, hiszen még egy óriási kozmikus tölcsérbe jutó fénynek sincs esélye visszatérni. Minden, ami legalább valahogy látható, a közvetlen közelében van.

Az eseményhorizont a felszín feltételes vonala, amely alól már semmi (sem gáz, sem por, sem csillagok, sem fény) nem tud kiszabadulni. És ez ugyanaz a rejtélyes pont, ahonnan nincs visszatérés az Univerzum fekete lyukaiban.

S. TRANKOVSZKIJ

A legfontosabb és legérdekesebb problémák között modern fizikaés az asztrofizikusok, VL Ginzburg akadémikus megnevezte a fekete lyukakkal kapcsolatos kérdéseket (lásd: "Tudomány és élet" 1999. 11., 12. sz.). Ezeknek a furcsa objektumoknak a létezését több mint kétszáz évvel ezelőtt jósolták meg, a kialakulásukhoz vezető körülményeket a XX. század 30-as éveinek végén pontosan kiszámították, az asztrofizika pedig alig negyven éve birkózott meg velük. Napjainkban a tudományos folyóiratok világszerte több ezer cikket közölnek a fekete lyukakkal kapcsolatban.

A fekete lyuk kialakulása háromféleképpen történhet.

Egy beomló fekete lyuk közelében lejátszódó folyamatokat szokás ábrázolni. Az idő múlásával (Y) a körülötte lévő tér (X) (a kitöltött terület) összehúzódik, a szingularitás felé hajlik.

A fekete lyuk gravitációs tere erős torzulásokat okoz a tér geometriájában.

A teleszkópon keresztül láthatatlan fekete lyuk csak gravitációs hatása révén tárul fel.

A fekete lyuk erőteljes gravitációs mezőjében részecske-antirészecske párok jönnek létre.

Részecske-antirészecske pár létrehozása a laboratóriumban.

HOGYAN KERÜLTEK FEL

Egy világító égitest, amelynek sűrűsége megegyezik a Földével, és amelynek átmérője a Nap átmérőjének kétszázötvenszerese, vonzási ereje miatt nem engedi, hogy a fénye elérjen hozzánk. Így lehetséges, hogy az Univerzum legnagyobb világító testei, éppen méretük miatt, láthatatlanok maradnak.
Pierre Simon Laplace.
A világ rendszerének vázlata. 1796 év.

1783-ban John Mitchell angol matematikus, majd tizenhárom évvel később tőle függetlenül Pierre Simon Laplace francia csillagász és matematikus végzett egy nagyon furcsa vizsgálatot. Megfontolták azokat a feltételeket, amelyek között a fény nem hagyhatja el a csillagot.

A tudósok logikája egyszerű volt. Bármely csillagászati ​​objektum (bolygó vagy csillag) esetében kiszámíthatja az úgynevezett menekülési sebességet, vagy a második kozmikus sebességet, amely lehetővé teszi, hogy bármely test vagy részecske örökre elhagyja azt. Az akkori fizikában pedig a newtoni elmélet uralkodott, amely szerint a fény részecskék áramlása (az elmélet előtt elektromágneses hullámokés még csaknem százötven év volt hátra a kvantumokra). A részecskék szökési sebessége a bolygó felszínén lévő potenciális energia és a végtelenül nagy távolságra "szökött" test mozgási energiájának egyenlősége alapján számítható ki. Ezt a sebességet a # 1 # képlet határozza meg

ahol M- az űrobjektum tömege, R- sugara, G- gravitációs állandó.

Ebből könnyen meg lehet kapni egy adott tömegű test sugarát (később gravitációs sugárnak nevezik). r g "), amelynél a szökési sebesség megegyezik a fénysebességgel:

Ez azt jelenti, hogy egy csillag egy sugarú gömbbe tömörítve r g< 2GM/c 2, abbahagyja a kibocsátást – a fény nem tudja elhagyni. Egy fekete lyuk fog megjelenni az univerzumban.

Nem nehéz kiszámolni, hogy a Nap (tömege 2,1033 g) fekete lyukká változik, ha körülbelül 3 kilométeres sugarú körben összehúzódik. Anyagának sűrűsége ekkor eléri a 10 16 g/cm3 értéket. A fekete lyuk állapotáig összenyomott Föld sugara körülbelül egy centiméterre csökkenne.

Hihetetlennek tűnt, hogy a természetben létezhetnek olyan erők, amelyek képesek egy csillagot ilyen jelentéktelen méretűre összenyomni. Ezért Mitchell és Laplace munkájának következtetéseit több mint száz éven át olyan matematikai paradoxonnak tekintették, amelynek nincs fizikai jelentése.

Csak 1916-ban kaptak szigorú matematikai bizonyítékot arra, hogy az űrben ilyen egzotikus objektum lehetséges. Érdekes eredményre jutott Karl Schwarzschild német csillagász, aki Albert Einstein általános relativitáselméletének egyenleteit elemezte. Miután megvizsgálta egy részecske mozgását egy hatalmas test gravitációs terében, arra a következtetésre jutott: az egyenlet elveszti fizikai értelmét (megoldása a végtelenbe megy) r= 0 és r = r g.

Azokat a pontokat, ahol a mező jellemzői értelmüket vesztik, szingulárisnak, azaz speciálisnak nevezzük. A nullapont szingularitása a pontot, vagy ami ugyanaz, a mező centrálisan szimmetrikus szerkezetét tükrözi (elvégre bármilyen gömbtest - csillag vagy bolygó - ábrázolható anyagi pontként). És azok a pontok, amelyek egy sugarú gömbfelületen helyezkednek el r g, alkotják azt a felületet, amelyről a szökési sebesség megegyezik a fénysebességgel. Az általános relativitáselméletben Schwarzschild szinguláris szférának vagy eseményhorizontnak nevezik (miért - az majd kiderül).

Már az ismerős objektumok - a Föld és a Nap - példáján is világos, hogy a fekete lyukak nagyon furcsa objektumok. Még azok a csillagászok is, akik szélsőséges hőmérsékleten, sűrűségben és nyomáson foglalkoznak az anyaggal, nagyon egzotikusnak tartják őket, és egészen a közelmúltig nem mindenki hitt a létezésükben. A fekete lyukak kialakulásának lehetőségére utaló első jeleket azonban már A. Einstein 1915-ben megalkotott általános relativitáselmélete tartalmazta. Arthur Eddington angol csillagász, a relativitáselmélet egyik első értelmezője és népszerűsítője a 30-as években levezetett egy egyenletrendszert, amely leírja a csillagok belső szerkezetét. Ezekből az következik, hogy a csillag egyensúlyban van az ellentétes irányú gravitációs erők hatására és belső nyomás amelyet a csillag belsejében lévő forró plazmarészecskék mozgása és a belsejében keletkező sugárzás nyomása hoz létre. Ez azt jelenti, hogy a csillag egy gázgömb, amelynek közepén található hőség fokozatosan csökken a periféria felé. Az egyenletekből különösen az következett, hogy a napfelszín hőmérséklete körülbelül 5500 fok (ami nagyjából megfelel a csillagászati ​​mérések adatainak), középpontjában pedig körülbelül 10 millió foknak kell lennie. Ez lehetővé tette Eddingtonnak, hogy prófétai következtetést vonjon le: ezen a hőmérsékleten egy termonukleáris reakció "gyullad be", ami elegendő a Nap ragyogásának biztosításához. Az akkori atomfizikusok ezzel nem értettek egyet. Úgy tűnt számukra, hogy a csillag belsejében túl "hideg" van: a hőmérséklet nem volt elég ahhoz, hogy a reakció "menjen". Erre a feldühödött teoretikus azt válaszolta: "Keress melegebb helyet!"

És végül bebizonyosodott, hogy igaza volt: valóban termonukleáris reakció megy végbe a csillag közepén (más dolog, hogy az ún. napelemes modell", a termonukleáris fúzió koncepciója alapján nyilvánvalóan tévesnek bizonyult - lásd például: Science and Life, No. 2, 3, 2000). Ennek ellenére a csillag középpontjában a reakció elmúlik, a csillag ragyog , és az ilyenkor keletkező sugárzás stabil állapotban tartja. De a csillagban lévő nukleáris "üzemanyag" kiég. Az energia felszabadulás leáll, a sugárzás kialszik, a gravitációs vonzást visszatartó erő pedig megszűnik. a csillag tömegének korlátozása, amely után a csillag elkezdődik. A számítások azt mutatják, hogy ez akkor történik, ha egy csillag tömege meghaladja a Nap tömegének kétszeresét vagy háromszorosát.

GRAVITÁCIÓS ÖSSZEFÜGGÉS

Kezdetben a csillag összehúzódási sebessége kicsi, de sebessége folyamatosan növekszik, mivel a gravitációs erő fordítottan arányos a távolság négyzetével. A tömörítés visszafordíthatatlanná válik, nincsenek olyan erők, amelyek képesek ellensúlyozni az öngravitációt. Ezt a folyamatot nevezzük gravitációs összeomlásnak. A csillag burkának középpontja felé irányuló mozgási sebessége növekszik, megközelíti a fénysebességet. És itt kezdenek szerepet játszani a relativitáselmélet hatásai.

A szökési sebességet Newtonnak a fény természetére vonatkozó elképzelései alapján számították ki. Az általános relativitáselmélet szempontjából az összeomló csillag környezetében a jelenségek némileg eltérően fordulnak elő. Erőteljes gravitációs mezőjében az úgynevezett gravitációs vöröseltolódás lép fel. Ez azt jelenti, hogy a hatalmas objektumból származó sugárzás frekvenciája alacsonyabb frekvenciák felé tolódik el. A határban, a Schwarzschild-gömb határán a sugárzási frekvencia nullává válik. Vagyis a rajta kívül álló szemlélő semmit sem fog tudni megtudni arról, ami belül történik. Ezért nevezik a Schwarzschild-gömböt eseményhorizontnak.

De a frekvencia csökkentése egyenértékű az idő lassításával, és amikor a frekvencia nullára megy, az idő megáll. Ez azt jelenti, hogy egy külső szemlélő nagyon furcsa képet fog látni: a növekvő gyorsulással hulló csillag héja a fénysebesség elérése helyett megáll. Az ő nézőpontjából a kompresszió leáll, amint a csillag mérete megközelíti a gravitációt.
bajusz. Soha nem fog látni legalább egy részecskét "búvárkodni" a Schwarzchiel-gömb alatt igen. De egy feltételezett megfigyelőnek, aki egy fekete lyukba esik, pillanatok alatt mindennek vége lesz az óráján. Így egy Nap méretű csillag gravitációs összeomlásának ideje 29 perc lesz, egy sokkal sűrűbb és tömörebb neutroncsillagoké pedig csak 1/20 000 másodperc. És itt a fekete lyuk közelében lévő téridő geometriájával összefüggő kellemetlenség csapdájába esik.

A megfigyelő egy görbe térbe esik. A gravitációs sugár közelében a gravitációs erők végtelenül nagyokká válnak; végtelenül vékony, végtelen hosszúságú fonalra feszítik a rakétát a megfigyelő űrhajóssal. De ezt ő maga nem veszi észre: minden deformációja a tér-idő koordináták torzulásainak felel meg. Ez az érvelés természetesen az ideális, hipotetikus esetre vonatkozik. Bármely valódi testet az árapály erők széttépnek, jóval azelőtt, hogy megközelítenék a Schwarzschild-gömböt.

FEKETE LYUK MÉRETE

A fekete lyuk mérete, vagy inkább a Schwarzschild-gömb sugara arányos a csillag tömegével. És mivel az asztrofizika nem ír elő semmilyen korlátozást a csillagok méretére vonatkozóan, a fekete lyuk tetszőlegesen nagy lehet. Ha például egy 10 8 naptömegű csillag összeomlása során keletkezett (vagy több százezer, vagy akár több millió viszonylag kis csillag összeolvadása miatt), akkor a sugara körülbelül 300 millió kilométer lesz, kétszerese a Föld pályájának. És egy ilyen óriás anyagának átlagos sűrűsége közel áll a víz sűrűségéhez.

Úgy tűnik, ezek a fekete lyukak a galaxisok központjában találhatók. Mindenesetre a csillagászok manapság körülbelül ötven galaxist tartanak számon, amelyek közepén közvetett jelzésekből ítélve (a továbbiakban róluk lesz szó) egymilliárd (10 9) naptömegű fekete lyukak találhatók. A mi Galaxisunknak is láthatóan megvan a maga fekete lyuk; tömegét meglehetősen pontosan meg lehetett becsülni - 2,4. 10 6 ± 10%-a a Nap tömegének.

Az elmélet azt sugallja, hogy az ilyen szuperóriásokkal együtt fekete mini lyukak, amelyek tömege körülbelül 10 14 g és sugara körülbelül 10-12 cm (méret atommag). Az Univerzum létezésének első pillanataiban megjelenhettek a téridő nagyon erős inhomogenitásának megnyilvánulásaként kolosszális energiasűrűség mellett. Az akkori univerzumban uralkodó feltételeket most a kutatók nagy teljesítményű ütköztetőknél (gyorsítók az ütköző sugarakon) valósítják meg. Az év elején a CERN-ben végzett kísérletek kvark-gluon plazmát eredményeztek, ami korábban is létezett elemi részecskék... Az anyag ezen állapotának kutatása Brookhavenben, az American Accelerator Centerben folytatódik. Másfél-két nagyságrenddel nagyobb energiára képes felgyorsítani a részecskéket, mint a gyorsító
CERN. A készülő kísérlet komoly aggodalomra ad okot: nem jelenik-e meg megvalósítása során egy fekete minilyuk, amely meggörbíti terünket és elpusztítja a Földet?

Ez a félelem olyan erős visszhangot váltott ki, hogy az Egyesült Államok kormánya kénytelen volt egy tekintélyes bizottságot összehívni ennek a lehetőségnek a tesztelésére. A kiemelkedő kutatókból álló bizottság arra a következtetésre jutott, hogy a gyorsító energiája túl alacsony ahhoz, hogy fekete lyuk jelenjen meg (ezt a kísérletet a "Science and Life" folyóirat 2000. évi 3. számában ismertetik).

HOGYAN LÁTJUK A LÁTHATATLANAT

A fekete lyukak semmit sem bocsátanak ki, még fényt sem. A csillagászok azonban megtanulták látni őket, vagy inkább "jelölteket" találni erre a szerepre. Három módja van a fekete lyuk megtalálásának.

1. Nyomon kell követni a csillagok forgását halmazokban egy bizonyos súlypont körül. Ha kiderül, hogy ebben a központban nincs semmi, és a csillagok mintegy üres tér körül keringenek, akkor bátran kijelenthetjük: ebben az „ürességben” egy fekete lyuk van. Ezen az alapon feltételezték egy fekete lyuk jelenlétét Galaxisunk közepén, és becsülték meg tömegét.

2. A fekete lyuk aktívan szívja be az anyagot a környező térből. Csillagközi por, gáz, a közeli csillagok anyaga spirálban hullik rá, létrehozva a Szaturnusz gyűrűjéhez hasonló, úgynevezett akkréciós korongot. (Ez ijesztette meg a brookhaveni kísérletet: a gyorsítóban kialakult fekete minilyuk elkezdi magába szívni a Földet, és ezt a folyamatot semmilyen erő nem tudná megállítani.) A Schwarzschild-gömbhöz közeledve a részecskék gyorsuláson mennek keresztül, és elkezdődnek a röntgensugár tartományában kibocsátani. Ennek a sugárzásnak a jellegzetes spektruma hasonló a szinkrotronban felgyorsított részecskék jól tanulmányozott sugárzásához. És ha ilyen sugárzás az Univerzum valamely területéről érkezik, akkor nyugodtan kijelenthetjük, hogy fekete lyuknak kell lennie.

3. Amikor két fekete lyuk egyesül, megjelenik a gravitációs sugárzás. A számítások szerint ha mindegyik tömege körülbelül tízszerese a Nap tömegének, akkor amikor néhány óra alatt egyesülnek, gravitációs hullámok formájában energia szabadul fel, ami össztömegük 1%-ának felel meg. Ez ezerszer több, mint az a fény-, hő- és egyéb energia, amit a Nap teljes fennállása alatt – ötmilliárd év – bocsátott ki. Azt remélik, hogy a gravitációs sugárzást a LIGO és mások gravitációs hullám-obszervatóriumok segítségével észlelik, amelyeket most Amerikában és Európában építenek orosz kutatók részvételével (lásd Science and Life, 2000. 5. szám).

És mégis, bár a csillagászoknak nincsenek kétségei a fekete lyukak létezését illetően, senki sem vállalkozik arra, hogy kategorikusan állítsa, hogy a tér egy adott pontja pontosan ezek közé tartozik. A feltett kérdésre a tudományos etika és a kutató lelkiismeretessége egyértelmű, eltérést nem tűrő választ igényel. Nem elég megbecsülni egy láthatatlan tárgy tömegét, meg kell mérni a sugarát, és meg kell mutatni, hogy nem haladja meg a Schwarzschild-féle tömeget. És ez a probléma még Galaxisunk határain belül sem megoldható. Ez az oka annak, hogy a tudósok bizonyos visszafogottságot mutattak felfedezésük jelentésében, és a tudományos folyóiratok szó szerint tele vannak elméleti munkáról szóló jelentésekkel és olyan hatások megfigyeléseivel, amelyek fényt deríthetnek rejtélyükre.

Vannak azonban elméletileg megjósolt fekete lyukak és még egy tulajdonság, ami talán lehetővé tenné, hogy meglássák őket. Egy feltétellel azonban: a fekete lyuk tömegének sokkal kisebbnek kell lennie, mint a Nap tömegének.

FEKETE LYUK LEHET "FEHÉR"

A fekete lyukakat sokáig a sötétség megtestesülésének tekintették, olyan tárgyakat, amelyek vákuumban, anyagelnyelés hiányában nem bocsátanak ki semmit. 1974-ben azonban a híres angol teoretikus, Stephen Hawking kimutatta, hogy a hőmérséklet a fekete lyukaknak tulajdonítható, és ezért ki kell bocsátaniuk.

Az elképzelések szerint kvantummechanika, a vákuum nem űr, hanem egyfajta "téridő hab", virtuális (világunkban nem megfigyelhető) részecskék zagyvasága. A kvantumenergia-ingadozások azonban képesek egy részecske-antirészecske párt "kidobni" a vákuumból. Például, amikor két vagy három gamma-kvantum ütközik, egy elektron és egy pozitron jelenik meg, mintha a semmiből lennének. Ezt és ehhez hasonló jelenségeket sokszor megfigyeltek laboratóriumokban.

A kvantumfluktuációk határozzák meg a fekete lyukak sugárzási folyamatait. Ha energiákkal rendelkező részecskepár Eés -E(a pár összenergiája nulla), a Schwarzschild-gömb környékén keletkezik, a részecskék további sorsa más lesz. Szinte azonnal megsemmisülhetnek, vagy együtt sodródhatnak az eseményhorizont alá. Ebben az esetben a fekete lyuk állapota nem változik. De ha csak egy részecske kerül a horizont alá, a megfigyelő egy másikat regisztrál, és úgy tűnik számára, hogy azt egy fekete lyuk hozta létre. Ebben az esetben egy fekete lyuk, amely energiával nyelte el a részecskét -E, csökkenti az energiáját, és energiával E- növekedni fog.

Hawking kiszámította, hogy ezek a folyamatok milyen sebességgel mennek végbe, és arra a következtetésre jutott, hogy a negatív energiájú részecskék abszorpciójának valószínűsége nagyobb. Ez azt jelenti, hogy a fekete lyuk energiát és tömeget veszít – elpárolog. Ráadásul abszolút fekete testként sugárzik hőmérséklettel T = 6 . 10 -8 M val vel / M kelvin, hol Mс - a Nap tömege (2,10 33 g), M a fekete lyuk tömege. Ez az egyszerű összefüggés azt mutatja, hogy a naptömeg hatszoros tömegű fekete lyuk hőmérséklete a fok százmilliomod része. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen hideg test gyakorlatilag nem sugároz semmit, és a fenti érvelések mind érvényesek maradnak. A minilyukak más kérdés. Könnyen belátható, hogy 10 14 -10 30 grammos tömeggel több tízezer fokosra felhevültnek és fehéren izzónak bizonyulnak! Mindazonáltal azonnal meg kell jegyezni, hogy a fekete lyukak tulajdonságaival nincs ellentmondás: ezt a sugárzást a Schwarzschild-gömb feletti réteg bocsátja ki, és nem az alatta.

Tehát egy fekete lyuk, amely örökre fagyott tárgynak tűnt, előbb-utóbb eltűnik, elpárolog. Sőt, ahogy "fogy", megnő a párolgás sebessége, de ez így is rendkívül hosszú ideig tart. Becslések szerint a 10-14 grammos minilyukak, amelyek közvetlenül a 10-15 milliárd évvel ezelőtti Ősrobbanás után jelentek meg, korunkra teljesen elpárolognak. Tovább az utolsó szakaszÉlettartamuk, hőmérsékletük eléri a kolosszális értéket, ezért a párolgási termékeknek rendkívül nagy energiájú részecskéknek kell lenniük. Lehetséges, hogy ezek okoznak széles légköri záporokat a Föld légkörében - EAS. Mindenesetre a rendellenesen nagy energiájú részecskék eredete egy másik fontos és érdekes probléma, amely szorosan összefügghet a fekete lyukak fizikájának hasonlóan izgalmas kérdéseivel.

Biztosan látott már olyan sci-fi filmeket, ahol az űrben utazó hősök egy másik univerzumban találják magukat? Leggyakrabban a titokzatos kozmikus fekete lyukak egy másik világba vezető ajtóvá válnak. Kiderült, hogy ezekben a történetekben van igazság. Így mondják a tudósok.

Amikor egy csillag kellős közepén – a magjában – kifogy az üzemanyag, minden részecskéje nagyon nehézzé válik. És ekkor az egész bolygó önmaga középpontjába omlik. Ez erőteljes lökéshullámot okoz, amely szétszakítja a még égő csillag külső héját, és vakító villanással felrobban. Egy kis kihunyt csillag egy teáskanálja több milliárd tonnát nyom. Az ilyen csillagot hívják neutron... És ha egy csillag húsz-harmincszor nagyobb, mint a mi napunk, pusztulása a kialakulásához vezet furcsa jelenség az Univerzumban - fekete lyuk.

A Fekete Lyuk vonzása olyan erős, hogy befogja a bolygókat, a gázokat és még a fényt is. A fekete lyukak láthatatlanok, csak a beléjük repülő kozmikus testek hatalmas tölcsére találja meg őket. Csak néhány lyuk körül van fényes fény. Hiszen a forgási sebesség nagyon nagy, az égitestek részecskéi több millió fokig felmelegszenek és fényesen világítanak

Kozmikus fekete lyuk minden tárgyat magához vonz, spirálba csavarja őket. Ahogy közelednek a fekete lyukhoz, a tárgyak gyorsulni kezdenek és hatalmas spagettiként nyúlnak. A vonzás ereje fokozatosan növekszik, és egy ponton olyan szörnyűvé válik, hogy semmi sem tudja legyőzni. Ezt a határt eseményhorizontnak nevezik. Bármilyen esemény, ami mögötte történik, örökre láthatatlan marad.

A tudósok szerint a fekete lyukak alagutakat hozhatnak létre az űrben - "féreglyukakat". Ha bekerülsz, átmehetsz az űrön, és egy másik Univerzumban találhatod magad, ahol egy szemközti fehér lyuk van. Talán egyszer ez a titok feltárul az erősen űrhajók az emberek más dimenziókba fognak utazni.

Minden ember, aki megismerkedik a csillagászattal, előbb-utóbb erős kíváncsiságot tapasztal az Univerzum legtitokzatosabb objektumai - a fekete lyukak - iránt. Ők a sötétség igazi mesterei, képesek "lenyelni" minden elhaladó közeli atomot, és még a fényt sem hagyják elszökni – olyan erős a vonzásuk. Ezek a tárgyak igazi kihívást jelentenek a fizikusok és csillagászok számára. Az előbbiek még mindig nem értik, mi történik a fekete lyukba esett anyaggal, utóbbiak pedig bár a fekete lyukak létezésével magyarázzák az űr legnagyobb energiaigényű jelenségeit, soha nem volt lehetőségük megfigyelni közvetlenül őket. Mesélünk ezekről a legérdekesebb égi objektumokról, megtudjuk, mit fedeztek fel már, és mi az, amit még meg kell tanulni, hogy fellebbentse a titok fátylát.

Mi az a fekete lyuk?

A "fekete lyuk" elnevezést (angolul - black hole) John Archibald Wheeler amerikai elméleti fizikus javasolta 1967-ben (lásd a bal oldali képet). Jelzésre szolgált égitest, melynek vonzása olyan erős, hogy még a fényt sem engedi el. Ezért "fekete", mert nem bocsát ki fényt.

Közvetett megfigyelések

Ez az oka ennek a rejtélynek: mivel a fekete lyukak nem világítanak, nem látjuk őket közvetlenül, és kénytelenek vagyunk felkutatni és tanulmányozni őket, csak közvetett bizonyítékokat használva arra, hogy létezésük a környező térben marad. Más szóval, ha egy fekete lyuk elnyel egy csillagot, akkor nem látjuk a fekete lyukat, de megfigyelhetjük erős gravitációs mezőjének pusztító hatásait.

Laplace intuíciója

Annak ellenére, hogy a gravitáció hatására magába omlott csillag evolúciójának hipotetikus végső szakaszát jelző "fekete lyuk" kifejezés viszonylag nemrég jelent meg, az ilyen testek létezésének lehetőségének gondolata inkább felmerült. mint két évszázaddal ezelőtt. Az angol John Michell és a francia Pierre-Simon de Laplace egymástól függetlenül terjesztették elő a „láthatatlan csillagok” létezésének hipotézisét; míg a dinamika szokásos törvényein és az egyetemes gravitáció Newton-törvényén alapultak. A fekete lyukak ma megkapták a magukét helyes leírás Einstein általános relativitáselméletén alapul.

„A világ rendszerének bemutatása” (1796) című művében Laplace ezt írta: „A Földével azonos sűrűségű fényes csillag, amelynek átmérője 250-szer akkora, mint a Nap átmérője, gravitációs vonzása miatt engedje, hogy a fénysugarak eljussanak hozzánk. Ezért lehetséges, hogy a legnagyobb és legfényesebb égitestek emiatt láthatatlanok."

Legyőzhetetlen gravitáció

Laplace ötlete a szökési sebesség (második kozmikus sebesség) koncepcióján alapult. A fekete lyuk olyan sűrű objektum, hogy vonzereje még a természetben a legnagyobb sebességet (majdnem 300 000 km/s) fejlesztő fényt is képes visszatartani. A gyakorlatban a fénysebességnél nagyobb sebesség szükséges a fekete lyukból való kijutáshoz, de ez nem lehetséges!

Ez azt jelenti, hogy egy ilyen csillag láthatatlan lesz, mivel még a fény sem lesz képes legyőzni erős gravitációját. Einstein ezt a tényt a gravitációs tér hatására bekövetkező fényeltérülés jelenségével magyarázta. A valóságban a fekete lyuk közelében a téridő annyira meggörbül, hogy a fénysugarak pályái is magukra záródnak. Ahhoz, hogy a Napot fekete lyukká alakítsuk, teljes tömegét egy 3 km sugarú golyóba kell koncentrálnunk, a Földnek pedig 9 mm sugarú golyóvá kell alakulnia!

A fekete lyukak típusai

Körülbelül tíz évvel ezelőtt a megfigyelések kétféle fekete lyuk létezésének feltételezését tették lehetővé: a csillagok, amelyek tömege a Nap tömegével összemérhető, vagy kissé meghaladja azt, és a szupermasszív, amelyek tömege több száz között mozog. ezertől sok millióig terjedő naptömeg. Azonban újabban a röntgenképek és spektrumok nagy felbontású feladó mesterséges műholdak mint például a „Chandra” és a „HMM-Newton”, amelyek a harmadik típusú fekete lyukakat helyezték előtérbe – amelyek átlagos tömege ezresével haladja meg a Nap tömegét.

Csillagok fekete lyukak

A csillagos fekete lyukak korábban váltak ismertté, mint mások. Akkor jönnek létre, amikor egy nagy tömegű csillag evolúciós útja végén kifogy a nukleáris üzemanyagból, és saját gravitációja következtében magába omlik. Egy lenyűgöző csillagrobbanás (amit "szupernóva-robbanásként" ismerünk) katasztrofális következményekkel jár: ha egy csillag magja több mint 10-szerese a Nap tömegének, egyetlen nukleáris erő sem tud ellenállni a gravitációs összeomlásnak, amely egy csillag megjelenését eredményezi. fekete lyuk.

Szupermasszív fekete lyukak

A szupermasszív fekete lyukak, amelyeket először néhány aktív galaxis magjában észleltek, más eredetűek. Születésükkel kapcsolatban több hipotézis is létezik: egy csillag-fekete lyuk, amely évmilliókon keresztül felemészti az összes környező csillagot; fekete lyukak egyesített klasztere; kolosszális gázfelhő, amely közvetlenül egy fekete lyukba omlik. Ezek a fekete lyukak a világűr legenergetikusabb objektumai közé tartoznak. Sok, ha nem az összes galaxis központjában találhatók. A mi Galaxisunkban is van egy ilyen fekete lyuk. Néha egy ilyen fekete lyuk jelenléte miatt ezeknek a galaxisoknak a magjai nagyon fényesek lesznek. Azokat a galaxisokat, amelyek középpontjában fekete lyukak találhatók, és amelyeket nagy mennyiségű lehulló anyag vesz körül, és ezért kolosszális mennyiségű energia előállítására képes, "aktívnak", a magjukat pedig "aktív galaktikus magoknak" (AGN) nevezik. Például a kvazárok (a megfigyelésünkre elérhető legtávolabbi űrobjektumok) aktív galaxisok, amelyekben csak egy nagyon fényes magot látunk.

Közepes és mini

Egy másik rejtély továbbra is a közepes tömegű fekete lyukak, amelyek a legújabb tanulmányok szerint egyes gömbhalmazok, például az M13 és az NCC 6388 közepén helyezkedhetnek el. Sok csillagász szkeptikus ezekkel az objektumokkal kapcsolatban, de néhány újabb kutatás a fekete jelenlétére utal. közepes méretű lyukak még Galaxisunk közepén is. Stephen Hawking angol fizikus elméleti feltevést is megfogalmazott a fekete lyukak negyedik típusának létezéséről - egy "mini-lyukról", amelynek tömege mindössze egymilliárd tonna (ami körülbelül egy nagy hegy tömegével egyenlő). Elsődleges objektumokról beszélünk, vagyis azokról, amelyek az Univerzum életének első pillanataiban jelentek meg, amikor a nyomás még nagyon magas volt. Létezésüknek azonban még egyetlen nyomát sem találták meg.

Hogyan lehet megtalálni a fekete lyukat

Alig néhány éve fény gyulladt ki a fekete lyukak felett. A folyamatosan fejlődő műszereknek és technológiáknak köszönhetően (földi és űrbeli egyaránt) ezek a tárgyak egyre kevésbé rejtélyesek; pontosabban a körülöttük lévő tér kevésbé lesz titokzatos. Valóban, mivel maga a fekete lyuk láthatatlan, csak akkor ismerhetjük fel, ha kellő mennyiségű anyag (csillagok és forró gáz) veszi körül, amely kis távolságban kering körülötte.

Bináris rendszerek figyelése

Néhány csillag fekete lyukat fedeztek fel, miközben egy csillag keringési mozgását figyelték meg egy láthatatlan bináris társ körül. A fekete lyukakat kereső asztrofizikusok kedvenc megfigyelési tárgyai a szoros bináris rendszerek (azaz két egymáshoz nagyon közel álló csillagból állnak), amelyekben az egyik kísérő láthatatlan.

A fekete lyuk (vagy neutroncsillag) jelenlétét jelzi a röntgensugárzás erős emissziója, amelyet egy összetett mechanizmus okoz, amely sematikusan a következőképpen írható le. Erőteljes gravitációjának köszönhetően a fekete lyuk ki tudja szedni az anyagot egy társcsillagból; ez a gáz lapos korong formájában oszlik el és spirálisan bejut a fekete lyukba. A lehulló gáz részecskéinek ütközéséből eredő súrlódás több millió fokra melegíti fel a korong belső rétegeit, ami erős röntgensugárzást bocsát ki.

Röntgen megfigyelések

A galaxisunkban és a szomszédos galaxisokban lévő objektumok röntgensugaras megfigyelései évtizedek óta lehetővé tették a kompakt bináris források észlelését, amelyek közül körülbelül egy tucat fekete lyuk jelölteket tartalmaz. A fő probléma egy láthatatlan égitest tömegének meghatározása. A tömeg értékét (bár nem túl pontos) a kísérő mozgásának tanulmányozásával, vagy sokkal nehezebben a beeső anyag röntgensugárzásának intenzitásának mérésével találhatjuk meg. Ezt az intenzitást az egyenlet a test tömegével hozza összefüggésbe, amelyre ez az anyag esik.

Nobel díjas

Valami hasonló mondható el a sok galaxis magjában megfigyelt szupermasszív fekete lyukakról, amelyek tömegét a fekete lyukba eső gáz keringési sebességének mérésével becsülik meg. Ebben az esetben egy nagyon nagy tárgy erőteljes gravitációs tere okozza gyors növekedés a galaxisok középpontjában keringő gázfelhők sebességét a rádiótartományban végzett megfigyelések, valamint az optikai sugarak mutatják. A röntgensugaras megfigyelések megerősíthetik az anyag fekete lyukba zuhanása által okozott fokozott energiafelszabadulást. Az 1960-as évek elején Riccardo Giaconi, az Egyesült Államokban dolgozó olasz kezdte meg a röntgensugarak kutatását. 2002-ben ítélték oda Nóbel díj elismerte "úttörő hozzájárulását az asztrofizikához, amely röntgensugárforrások felfedezéséhez vezetett az űrben".

Hattyú X-1: első jelölt

Galaxisunk nem mentes a fekete lyukakat jelölt tárgyak jelenlététől. Szerencsére ezen objektumok egyike sincs elég közel hozzánk ahhoz, hogy veszélyt jelentsen a Föld létére ill. Naprendszer... Ellenére nagyszámú A neves kompakt röntgenforrások közül (és ezek a legvalószínűbb jelöltek a fekete lyukak megtalálására) nem vagyunk biztosak abban, hogy valóban tartalmaznak fekete lyukakat. A források közül az egyetlen, amelyik nem rendelkezik alternatív változat, a Cygnus X-1 szoros bináris rendszere, vagyis a Cygnus csillagkép legfényesebb röntgenforrása.

Masszív sztárok

Ez a rendszer, amelynek keringési ideje 5,6 nap, egy nagyon fényes kék csillagból áll nagy méretű(átmérője 20-szor akkora, mint a napé, tömege kb. 30-szorosa), még az Ön távcsövében is könnyen megkülönböztethető, és egy láthatatlan második csillag, amelynek tömegét több naptömegre (10-ig) becsülik. A 6500 fényévre található második csillag tökéletesen látható lenne, ha közönséges csillag lenne. Láthatatlansága, a rendszer által kibocsátott erős röntgensugarak és végül a tömegbecslése arra készteti a legtöbb csillagászt, hogy ez az első megerősített eset egy csillagszerű fekete lyukról.

Kétségek

Vannak azonban szkeptikusok is. Köztük van a fekete lyukak egyik legnagyobb kutatója, Stephen Hawking fizikus. Még fogadást is kötött amerikai kollégájával, Keel Thorne-nal, aki a Cygnus X-1 fekete lyukak közé sorolásának lelkes szószólója volt.

A Hawking X-1 tárgy természetével kapcsolatos vita nem Hawking egyetlen fogadása. Miután több kilenc évet szentelt a fekete lyukak elméleti tanulmányozásának, megbizonyosodott arról, hogy korábbi elképzelései tévesek ezekről a titokzatos objektumokról. Hawking különösen azt feltételezte, hogy miután beleesett egy fekete lyukba, az anyag örökre eltűnik, és vele együtt az összes információs poggyász eltűnik. Ebben annyira biztos volt, hogy 1997-ben ebben a témában fogadást kötött amerikai kollégájával, John Preskill-lel.

Tévedés beismerése

2004. július 21-én Hawking elismerte, hogy Preskillnek igaza volt a dublini Relativitáselméleti Kongresszuson mondott beszédében. A fekete lyukak nem vezetnek az anyag teljes eltűnéséhez. Sőt, van egy bizonyos fajta "memóriájuk". Nyomokat tartalmazhatnak annak, amit felszívtak. Így "elpárologtatással" (vagyis a kvantumeffektus miatt lassan kibocsátva sugárzást) ezt az információt vissza tudják juttatni Univerzumunkba.

Fekete lyukak a galaxisban

A csillagászok még mindig sok kétséget táplálnak a csillagászati ​​fekete lyukak galaxisunkban való jelenlétével kapcsolatban (például a Cygnus X-1 binárishoz tartozóé); de sokkal kevésbé kétséges a szupermasszív fekete lyukak.

A központban

Galaxisunkban legalább egy szupermasszív fekete lyuk található. A Sagittarius A * néven ismert forrása pontosan a sík közepén található Tejút... Nevét annak köszönheti, hogy ez a legerősebb rádióforrás a Nyilas csillagképben. Ebben az irányban helyezkedik el galaktikus rendszerünk geometriai és fizikai középpontja is. Tőlünk körülbelül 26 000 fényévnyire található egy szupermasszív fekete lyuk, amely a rádióhullámok forrásához kapcsolódik a Sagittarius A *, amelynek tömege körülbelül 4 millió naptömegre becsülhető, az űrbe zárva, amelynek térfogata hasonló a naprendszer térfogata. A hozzánk való relatív közelsége (ez a szupermasszív fekete lyuk kétségtelenül van a legközelebb a Földhöz) volt az oka annak, hogy utóbbi évek az objektum különösen mélyreható vizsgálaton esett át a Chandra űrobszervatórium segítségével. Kiderült különösen, hogy a röntgensugárzás erős forrása is (de nem olyan erős, mint az aktív galaktikus magokban lévő források). A Sagittarius A * valószínűleg "alvó" maradványa annak, ami több millió vagy milliárd évvel ezelőtt Galaxisunk aktív magja volt.

Második fekete lyuk?

Egyes csillagászok azonban úgy vélik, hogy van egy másik meglepetés is Galaxisunkban. Ez egy második közepes tömegű fekete lyuk, amely egy fiatal csillaghalmazt tart össze, és megakadályozza, hogy egy szupermasszív fekete lyukba essenek, amely a Galaxis közepén található. Hogyan fordulhat elő, hogy egy fényévnél kisebb távolságra tőle egy mindössze 10 millió éves, vagyis csillagászati ​​mércével mérve nagyon fiatal csillaghalmaz? A kutatók szerint a válasz az, hogy a klaszter rossz helyen született (a központi fekete lyuk körüli környezet túlságosan ellenséges a csillagkeletkezéshez), de a benne lévő második fekete lyuk létezése miatt "húzták" oda. , amelynek átlagos értékeinek tömege van.

Orbitális pályán

A halmaz egyes csillagai, amelyeket a szupermasszív fekete lyuk vonzott, elkezdtek elmozdulni a galaktikus központ felé. Ahelyett azonban, hogy szétszóródnának az űrben, a halmaz közepén elhelyezkedő második fekete lyuk gravitációs vonzásának köszönhetően összetapadnak. Ennek a fekete lyuknak a tömege megbecsülhető az alapján, hogy képes egy egész csillaghalmazt "pórázni". Úgy tűnik, hogy egy közepes méretű fekete lyuk körülbelül 100 év múlva kering a központi fekete lyuk körül. Ez azt jelenti, hogy a sok éven át tartó folyamatos megfigyelés lehetővé teszi számunkra, hogy „láthassuk”.

A fizika és a csillagászat terén elért óriási eredmények ellenére sok olyan jelenség létezik, amelyek lényegét nem tárták fel teljesen. E jelenségek közé tartoznak a titokzatos fekete lyukak, amelyekről minden információ csak elméleti és a gyakorlatban nem ellenőrizhető.

Léteznek fekete lyukak?

Még a relativitáselmélet megjelenése előtt a csillagászok előterjesztették a fekete tölcsérek létezésének elméletét. Einstein elméletének publikálása után a gravitáció kérdését felülvizsgálták, és új feltevések jelentek meg a fekete lyukak problémájában. Irreális ezt az űrobjektumot látni, mert elnyeli az összes fényt, ami belép a terébe. A tudósok a fekete lyukak létezését a csillagközi gázok mozgásának és a csillagok pályájának elemzésével bizonyítják.

A fekete lyukak kialakulása a körülöttük lévő tér-idő jellemzők megváltozásához vezet. Úgy tűnik, hogy az idő összenyomódik a hatalmas gravitáció hatására, és lelassul. A fekete tölcsér útjába került csillagok letérhetnek az útvonalukról, sőt irányt is változtathatnak. A fekete lyukak elnyelik ikercsillaguk energiáját, ami szintén megnyilvánul.

Hogyan néz ki egy fekete lyuk?

A fekete lyukakkal kapcsolatos legtöbb információ hipotetikus. A tudósok a térre és a sugárzásra gyakorolt ​​hatásuk alapján vizsgálják őket. Fekete lyukakat nem lehet látni az univerzumban, mert ezek elnyelik az összes fényt, ami a közeli térbe jut. Speciális műholdakról fekete tárgyakról röntgenfelvételt készítettek, amelyen egy fényes középpont látható, amely a sugarak sugárzásának forrása.

Hogyan keletkeznek a fekete lyukak?

A fekete lyuk az űrben egy külön világ, amelynek megvannak a maga egyedi jellemzői és tulajdonságai. A kozmikus lyukak tulajdonságai megjelenésük okaira vezethetők vissza. A fekete tárgyak megjelenésével kapcsolatban a következő elméletek léteznek:

1. Ezek az űrben bekövetkező összeomlások eredménye. Ez lehet nagy kozmikus testek ütközése vagy szupernóva-robbanás.
2. Az űrobjektumok súlyozása miatt keletkeznek, miközben megtartják méretüket. Ennek okát nem határozták meg.

A fekete tölcsér olyan tárgy a térben, amelynek viszonylagos kis méret hatalmas tömeggel. A fekete lyuk elmélet szerint minden kozmikus objektum potenciálisan fekete tölcsérré válhat, ha valamilyen jelenség következtében elveszíti méretét, de megtartja tömegét. A tudósok még sok fekete mikrolyuk létezéséről is beszélnek - viszonylag nagy tömegű miniatűr űrobjektumokról. Ez a tömeg és méret közötti eltérés a gravitációs tér növekedéséhez és erős vonzás megjelenéséhez vezet.

Mi van a fekete lyukban?

Egy fekete titokzatos tárgyat csak egy szakaszon nevezhetünk lyuknak. Ennek a jelenségnek a központja egy megnövekedett gravitációjú kozmikus test. Az ilyen gravitáció eredménye egy erős vonzás ennek a kozmikus testnek a felszínéhez. Ilyenkor örvényáram jön létre, amelyben gázok és kozmikus porszemcsék forognak. Ezért helyesebb a fekete lyukat fekete tölcsérnek nevezni.

A gyakorlatban lehetetlen kideríteni, hogy mi van a fekete lyuk belsejében, mivel a kozmikus tölcsér gravitációs szintje nem engedi, hogy egyetlen tárgy sem meneküljön ki a befolyási zónából. A tudósok szerint a fekete lyukban teljes sötétség van, mert a fénykvantumok visszavonhatatlanul eltűnnek benne. Feltételezik, hogy a fekete tölcsér belsejében a tér és az idő torzul, a fizika és a geometria törvényei ezen a helyen nem érvényesek. A fekete lyukak ilyen jellemzői feltehetően antianyag képződéshez vezethetnek, amely tovább Ebben a pillanatban nem ismerős a tudósok számára.

Miért veszélyesek a fekete lyukak?

Néha a fekete lyukakat olyan tárgyakként írják le, amelyek elnyelik a környező tárgyakat, sugárzást és részecskéket. Ez a nézet helytelen: a fekete lyuk tulajdonságai csak azt engedik meg, ami a befolyási zónájába esik. Képes beszívni a kozmikus mikrorészecskéket és az ikercsillagokból származó sugárzást. Még ha a bolygó a fekete lyuk közelében is van, nem nyelődik el, hanem tovább mozog a pályáján.

Mi történik, ha beleesel egy fekete lyukba?

A fekete lyukak tulajdonságai a gravitációs tér erősségétől függenek. A fekete tölcsérek mindent vonzanak, ami befolyási zónájukba esik. Ebben az esetben a tér-idő jellemzők megváltoznak. A fekete lyukakkal kapcsolatos mindent tanulmányozó tudósok nem értenek egyet azzal kapcsolatban, hogy mi történik a tölcsérben lévő tárgyakkal:

• egyes tudósok azt feltételezik, hogy minden, ezekbe a lyukakba eső tárgy ki van feszítve vagy darabokra szakad, és nincs idejük elérni a vonzó tárgy felszínét;
• Más tudósok azzal érvelnek, hogy a lyukakban minden szokásos jellemző meggörbül, ezért az ott lévő tárgyak időben és térben eltűnni látszanak. Emiatt a fekete lyukakat néha más világokba vezető átjáróknak is nevezik.

A fekete lyukak típusai

A fekete tölcsérek típusok szerint vannak felosztva, kialakításuk módja alapján:

1. Egyes csillagok élete végén csillagtömegű fekete objektumok születnek. A csillag teljes égése és a termonukleáris reakciók vége a csillag összehúzódásához vezet. Ha egyidejűleg a csillag gravitációs összeomláson megy keresztül, képes lesz átalakulni fekete tölcsérré.
2. Szupermasszív fekete tölcsérek... A tudósok azzal érvelnek, hogy minden galaxis magja egy szupermasszív tölcsér, amelynek kialakulása egy új galaxis kialakulásának kezdete.
3. Elsődleges fekete lyukak... Ez magában foglalhat különböző tömegű lyukakat, beleértve az anyagsűrűség és a gravitáció eltérései miatt keletkezett mikrolyukakat is. Az ilyen lyukak az Univerzum születésének kezdetén keletkezett tölcsérek. Ide tartoznak az olyan tárgyak is, mint a szőrös fekete lyuk. Ezeket a lyukakat a szőrszálakhoz hasonló sugarak jelenléte különbözteti meg. Feltételezhető, hogy ezek a fotonok és gravitonok tárolják a fekete lyukba eső információk egy részét.
4. Kvantum fekete lyukak... Magreakciók eredményeként jelennek meg, és rövid ideig élnek. A kvantumtölcsérek a legnagyobb érdeklődésre számot tartóak, mivel tanulmányaik segíthetnek megválaszolni a fekete űrobjektumok problémájával kapcsolatos kérdéseket.
5. Egyes tudósok megkülönböztetik ezt a típusú űrobjektumot, egy szőrös fekete lyukat. Ezeket a lyukakat a szőrszálakhoz hasonló sugarak jelenléte különbözteti meg. Feltételezzük, hogy ezek a fotonok és gravitonok tárolják a fekete lyukba eső információk egy részét.

A Földhöz legközelebbi fekete lyuk

A legközelebbi fekete lyuk 3000 fényévnyire van a Földtől. V616 Monocerotis vagy V616 Mon. Súlya eléri a 9-13 naptömeget. Ennek a lyuknak a bináris partnere egy csillag, amelynek tömege körülbelül fele a Nap tömegének. Egy másik tölcsér, amely viszonylag közel van a Földhöz, a Cygnus X-1. 6 ezer fényévnyire található a Földtől, súlya pedig 15-ször nagyobb, mint a Nap. Ez a fekete tér lyuk saját bináris partnere is van, melynek mozgása segít nyomon követni a Cygnus X-1 hatását.

Fekete lyukak - érdekes tények

A tudósok ilyen érdekes tényeket mondanak el a fekete tárgyakról:

1. Ha figyelembe vesszük, hogy ezek az objektumok a galaxisok középpontjai, akkor a legnagyobb tölcsér megtalálásához meg kell találni a legnagyobb galaxist. Ezért az univerzum legnagyobb fekete lyuka egy tölcsér, amely az IC 1101 galaxisban található, az Abell 2029-halmaz közepén.
2. A fekete tárgyak valójában többszínűnek tűnnek. Ennek oka a rádiómágneses sugárzásukban rejlik.
3. A fekete lyuk közepén nincsenek állandó fizikai vagy matematikai törvények. Minden a lyuk tömegétől és gravitációs mezőjétől függ.
4. A fekete tölcsérek fokozatosan elpárolognak.
5. A fekete tölcsérek súlya hihetetlen lehet. A legnagyobb fekete lyuk tömege 30 millió naptömeg.