Crna rupa u svemiru: odakle dolazi. Što su crne rupe i kako nastaju?

Ovo ime dobio je zbog činjenice da apsorbira svjetlost, ali je ne reflektira kao drugi predmeti. Zapravo, postoji mnogo činjenica o crnim rupama, a danas ćemo govoriti o nekima od najzanimljivijih. Do relativno nedavno se vjerovalo da crna rupa u svemiru usisava sve što je u njegovoj blizini ili proleti: planet je smeće, ali nedavno su znanstvenici počeli tvrditi da nakon nekog vremena sadržaj "pljune" natrag, samo u potpuno drugom obliku. Ako si zainteresiran crne rupe u svemiru Zanimljivosti o njima ćemo danas detaljnije.

Postoji li prijetnja Zemlji?

Postoje dvije crne rupe koje mogu predstavljati stvarnu prijetnju našem planetu, ali su, na našu sreću, daleko na udaljenosti od oko 1600 svjetlosnih godina. Znanstvenici su te objekte uspjeli otkriti samo zato što su bili blizu Sunčevog sustava i mogli su ih vidjeti posebni rendgenski uređaji. Postoji pretpostavka da ogromna sila gravitacije može utjecati na crne rupe na način da se one spoje u jednu.

Malo je vjerojatno da će itko od njegovih suvremenika uspjeti uhvatiti trenutak kada ti misteriozni predmeti nestanu. Tako polako teče proces odumiranja rupa.

Crna rupa je zvijezda u prošlosti

Kako nastaju crne rupe u svemiru?? Zvijezde imaju impresivnu zalihu fuzijskog goriva, zbog čega svijetle tako jako. Ali svi resursi ponestaju, a zvijezda se hladi, postupno gubi sjaj i pretvara se u crnog patuljka. Poznato je da se u ohlađenoj zvijezdi događa proces kompresije, kao rezultat toga, ona eksplodira, a njezine se čestice raspršuju na velike udaljenosti u svemiru, privlačeći susjedne objekte, čime se povećava veličina crne rupe.

Najinteresantnije o crnim rupama u svemiru tek moramo proučiti, ali začudo, njegova gustoća, unatoč impresivnoj veličini, može biti jednaka gustoći zraka. To sugerira da čak i najveći objekti u svemiru mogu imati istu težinu kao zrak, odnosno biti nevjerojatno lagani. Ovdje Kako se crne rupe pojavljuju u svemiru?.

Vrijeme u samoj crnoj rupi i u njenoj blizini teče vrlo sporo, pa objekti koji lete u blizini usporavaju svoje kretanje. Razlog svemu je ogromna sila gravitacije, čak i više nevjerojatna činjenica, svi procesi koji se odvijaju u samoj rupi imaju nevjerojatnu brzinu. Pretpostavimo ako promatramo kako izgleda crna rupa u svemiru, budući da je izvan granica svepotrošačke mase, čini se da sve stoji. Međutim, čim bi predmet ušao unutra, bio bi u trenu rastrgan. Danas smo prikazani Kako izgleda crna rupa u svemiru? modelirano posebnim programima.

Definicija crne rupe?

Sada znamo Odakle crne rupe u svemiru?. Ali što je još posebno kod njih? A priori je nemoguće reći da je crna rupa planet ili zvijezda, jer ovo tijelo nije ni plinovito ni čvrsto. Ovo je objekt koji može iskriviti ne samo širinu, duljinu i visinu, već i vremensku traku. Što u potpunosti prkosi fizičkim zakonima. Znanstvenici tvrde da se vrijeme u području horizonta prostorne jedinice može kretati naprijed i nazad. Što je u crnoj rupi u svemiru nemoguće je zamisliti, svjetlosni kvanti koji tamo padaju pomnože se nekoliko puta s masom singulariteta, ovaj proces povećava snagu gravitacijske sile. Stoga, ako sa sobom ponesete svjetiljku i odete do crne rupe, ona neće svijetliti. Singularnost je točka u kojoj sve teži beskonačnosti.

Struktura crne rupe je singularnost i horizont događaja. Unutar singularnosti fizikalne teorije potpuno gube smisao, pa to znanstvenicima i dalje ostaje misterij. Prelaskom granice (horizonta događaja), fizički objekt gubi sposobnost povratka. Znamo daleko od toga sve o crnim rupama u svemiru, ali interes za njih ne jenjava.

Zbog relativno nedavnog porasta interesa za snimanje popularno-znanstvenih filmova o istraživanju svemira, suvremeni gledatelj mnogo je čuo o fenomenima poput singularnosti ili crne rupe. Međutim, filmovi očito ne otkrivaju punu prirodu ovih fenomena, a ponekad čak i iskrivljuju izgrađene znanstvene teorije radi većeg učinka. Iz tog razloga, ideja mnogih modernih ljudi o tim pojavama je ili potpuno površna ili potpuno pogrešna. Jedno od rješenja nastalog problema je i ovaj članak u kojem ćemo pokušati razumjeti postojeće rezultate istraživanja i odgovoriti na pitanje – što je crna rupa?

Godine 1784. engleski svećenik i prirodoslovac John Michell prvi je put spomenuo u pismu Kraljevskom društvu hipotetičko masivno tijelo koje ima tako snažnu gravitaciju da bi druga kozmička brzina za njega premašila brzinu svjetlosti. Druga kozmička brzina je brzina koju će relativno mali objekt trebati da prevlada gravitacijsko privlačenje nebeskog tijela i napusti zatvorenu orbitu oko tog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo gustoće Sunca i polumjera od 500 solarnih radijusa imat će na svojoj površini drugu kozmičku brzinu jednaku brzini svjetlosti. U tom slučaju, čak ni svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, te će stoga ovo tijelo samo apsorbirati dolaznu svjetlost i ostati nevidljivo promatraču - svojevrsna crna mrlja na pozadini tamnog prostora.

Međutim, koncept supermasivnog tijela koji je predložio Michell nije privukao veliko zanimanje sve do Einsteinovog rada. Podsjetimo da je potonji definirao brzinu svjetlosti kao graničnu brzinu prijenosa informacija. Osim toga, Einstein je proširio teoriju gravitacije za brzine bliske brzini svjetlosti (). Kao rezultat toga, više nije bilo relevantno primjenjivati ​​Newtonovu teoriju na crne rupe.

Einsteinova jednadžba

Kao rezultat primjene opće teorije relativnosti na crne rupe i rješavanja Einsteinovih jednadžbi, otkriveni su glavni parametri crne rupe, kojih ima samo tri: masa, električni naboj i kutni moment. Treba istaknuti značajan doprinos indijskog astrofizičara Subramanyana Chandrasekhara, koji je stvorio temeljnu monografiju: “ matematička teorija Crne rupe."

Dakle, rješenje Einsteinovih jednadžbi predstavljeno je s četiri opcije za četiri moguće vrste Crne rupe:

• Crna rupa bez rotacije i bez naboja je Schwarzschildovo rješenje. Jedan od prvih opisa crne rupe (1916.) koristeći Einsteinove jednadžbe, ali bez uzimanja u obzir dva od tri parametra tijela. Rješenje njemačkog fizičara Karla Schwarzschilda omogućuje vam izračunavanje vanjskog gravitacijskog polja sfernog masivnog tijela. Značajka koncepta crnih rupa njemačkog znanstvenika je prisutnost horizonta događaja i onoga iza njega. Schwarzschild je također prvi izračunao gravitacijski radijus, koji je dobio njegovo ime, koji određuje polumjer sfere na kojoj bi se nalazio horizont događaja za tijelo zadane mase.
• Crna rupa bez rotacije s nabojem je Reisner-Nordströmovo rješenje. Rješenje izneseno 1916.-1918., uzimajući u obzir mogući električni naboj crne rupe. Taj naboj ne može biti proizvoljno velik i ograničen je zbog rezultirajućeg električnog odbijanja. Potonje se mora kompenzirati gravitacijskim privlačenjem.
• Crna rupa s rotacijom i bez naboja - Kerrovo rješenje (1963.). Rotirajuća Kerrova crna rupa razlikuje se od statične po prisutnosti takozvane ergosfere (pročitajte više o ovoj i drugim komponentama crne rupe).
• BH s rotacijom i punjenjem - Kerr-Newman rješenje. Ovo rješenje je proračunato 1965. godine i trenutno je najcjelovitije, jer uzima u obzir sva tri BH parametra. Međutim, još uvijek se pretpostavlja da crne rupe u prirodi imaju neznatan naboj.

Formiranje crne rupe

Postoji nekoliko teorija o tome kako nastaje i nastaje crna rupa, od kojih je najpoznatija pojava zvijezde dovoljne mase kao posljedica gravitacijskog kolapsa. Takva kompresija može okončati evoluciju zvijezda s masom većom od tri solarne mase. Po završetku termonuklearnih reakcija unutar takvih zvijezda, one se počinju brzo skupljati u supergustu. Ako tlak plina neutronske zvijezde ne može nadoknaditi gravitacijske sile, odnosno masa zvijezde svladava tzv. Oppenheimer-Volkov limit, zatim se kolaps nastavlja, uzrokujući da se materija skuplja u crnu rupu.

Drugi scenarij koji opisuje rađanje crne rupe je kompresija protogalaktičkog plina, odnosno međuzvjezdanog plina koji je u fazi transformacije u galaksiju ili neku vrstu jata. U slučaju nedovoljne unutarnji pritisak kako bi se kompenzirale iste gravitacijske sile, može nastati crna rupa.

Druga dva scenarija ostaju hipotetska:

• Pojava crne rupe kao rezultat - tzv. primordijalne crne rupe.
• Pojava kao posljedica nuklearnih reakcija pri visokim energijama. Primjer takvih reakcija su eksperimenti na sudaračima.

Struktura i fizika crnih rupa

Struktura crne rupe prema Schwarzschildu uključuje samo dva ranije spomenuta elementa: singularnost i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je kroz nju nemoguće povući ravnu crtu, a također i da većina postojećih fizikalnih teorija unutar nje ne funkcionira. Dakle, fizika singulariteta danas ostaje misterij za znanstvenike. crne rupe je određena granica, prešavši koju, fizički objekt gubi sposobnost povratka izvan svojih granica i nedvosmisleno "pada" u singularnost crne rupe.

Struktura crne rupe postaje nešto složenija u slučaju Kerrove otopine, naime, u prisustvu BH rotacije. Kerrovo rješenje implicira da rupa ima ergosferu. Ergosfera - određeno područje koje se nalazi izvan horizonta događaja, unutar kojeg se sva tijela kreću u smjeru rotacije crne rupe. Ovo područje još nije uzbudljivo i moguće ga je napustiti, za razliku od horizonta događaja. Ergosfera je vjerojatno neka vrsta analoga akrecijskog diska, koji predstavlja rotirajuću tvar oko masivnih tijela. Ako se statična Schwarzschildova crna rupa prikaže kao crna kugla, tada Kerryjeva crna rupa, zbog prisutnosti ergosfere, ima oblik spljoštenog elipsoida, u obliku kojeg smo često viđali crne rupe na crtežima, u starim filmove ili video igrice.

• Koliko je teška crna rupa? – Najveći teorijski materijal o pojavi crne rupe dostupan je za scenarij njezine pojave kao posljedica kolapsa zvijezde. U ovom slučaju maksimalna masa neutronske zvijezde i minimalna masa crne rupe određene su Oppenheimer - Volkovom granicom, prema kojoj je donja granica mase BH 2,5 - 3 solarne mase. Najteža crna rupa ikad otkrivena (u galaksiji NGC 4889) ima masu od 21 milijardu solarnih masa. No, ne treba zaboraviti na crne rupe, hipotetski proizašle iz nuklearnih reakcija pri visokim energijama, poput onih kod sudarača. Masa takvih kvantnih crnih rupa, drugim riječima "Planckove crne rupe" je reda veličine 2 10 −5 g.
• Veličina crne rupe. Minimalni radijus BH može se izračunati iz minimalne mase (2,5 – 3 solarne mase). Ako je gravitacijski radijus Sunca, odnosno područje na kojem bi se nalazio horizont događaja oko 2,95 km, tada je minimalni polumjer BH 3 solarne mase bit će oko devet kilometara. Takve relativno male veličine ne stanu u glavu kada su u pitanju masivni predmeti koji privlače sve oko sebe. Međutim, za kvantne crne rupe radijus je -10 −35 m.
• Prosječna gustoća crne rupe ovisi o dva parametra: masi i polumjeru. Gustoća crne rupe s masom od oko tri solarne mase je oko 6 10 26 kg/m³, dok je gustoća vode 1000 kg/m³. Međutim, tako male crne rupe znanstvenici nisu pronašli. Većina otkrivenih BH ima mase veće od 105 solarnih masa. Postoji zanimljiv obrazac prema kojemu je crna rupa masivnija, njezina je gustoća manja. U ovom slučaju, promjena mase za 11 redova veličine povlači promjenu gustoće za 22 reda veličine. Dakle, crna rupa s masom od 1 ·10 9 solarnih masa ima gustoću od 18,5 kg/m³, što je za jedan manje od gustoće zlata. A crne rupe s masom većom od 10 10 solarnih masa mogu imati prosječnu gustoću manju od gustoće zraka. Na temelju ovih izračuna logično je pretpostaviti da do stvaranja crne rupe ne dolazi zbog kompresije materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine tvari u određenom volumenu. U slučaju kvantnih crnih rupa, njihova gustoća može biti oko 10 94 kg/m³.
• Temperatura crne rupe također je obrnuto proporcionalna njenoj masi. Ova temperatura je izravno povezana s . Spektar ovog zračenja podudara se sa spektrom potpuno crnog tijela, odnosno tijela koje apsorbira sva upadna zračenja. Spektar zračenja crnog tijela ovisi samo o njegovoj temperaturi, tada se temperatura crne rupe može odrediti iz Hawkingovog spektra zračenja. Kao što je gore spomenuto, ovo zračenje je snažnije što je crna rupa manja. U isto vrijeme, Hawkingovo zračenje ostaje hipotetično, budući da ga astronomi još nisu primijetili. Iz ovoga proizlazi da ako postoji Hawkingovo zračenje, tada je temperatura promatranih BH tako niska da ne dopušta detektirati naznačeno zračenje. Prema proračunima, čak je i temperatura rupe s masom reda mase Sunca zanemarivo mala (1 10 -7 K ili -272°C). Temperatura kvantnih crnih rupa može doseći oko 10 12 K, a svojim brzim isparavanjem (oko 1,5 min.) takve BH mogu emitirati energiju reda deset milijuna atomskih bombi. No, na sreću, stvaranje takvih hipotetskih objekata zahtijevat će energiju 10 14 puta veću od one koja se danas postiže na Velikom hadronskom sudaraču. Osim toga, astronomi nikada nisu promatrali takve pojave.

Od čega se sastoji CHD?

Još jedno pitanje zabrinjava i znanstvenike i one koji jednostavno vole astrofiziku - od čega se sastoji crna rupa? Ne postoji jednoznačan odgovor na ovo pitanje, budući da nije moguće gledati dalje od horizonta događaja koji okružuje bilo koju crnu rupu. Osim toga, kao što je ranije spomenuto, teorijski modeli crne rupe predviđaju samo 3 njezine komponente: ergosferu, horizont događaja i singularnost. Logično je pretpostaviti da u ergosferi postoje samo oni objekti koje je crna rupa privukla, a koji se sada okreću oko nje - razne vrste kozmičkih tijela i kozmički plin. Horizont događaja samo je tanka implicitna granica, nakon kojega se ista kozmička tijela neopozivo privlače prema posljednjoj glavnoj komponenti crne rupe - singularnosti. Priroda singularnosti danas nije proučavana, a o njezinom je sastavu prerano govoriti.

Prema nekim pretpostavkama, crna rupa se može sastojati od neutrona. Ako slijedimo scenarij nastanka crne rupe kao rezultat kompresije zvijezde na neutronsku zvijezdu s njezinim naknadnim kompresijom, tada se, vjerojatno, glavni dio crne rupe sastoji od neutrona, od kojih je neutronska zvijezda sama se sastoji. Jednostavnim riječima: Kada se zvijezda sruši, njeni atomi se komprimiraju na način da se elektroni spajaju s protonima, stvarajući tako neutrone. Takva reakcija se doista događa u prirodi, s nastankom neutrona dolazi do emisije neutrina. Međutim, to su samo nagađanja.

Što će se dogoditi ako upadnete u crnu rupu?

Padanje u astrofizičku crnu rupu dovodi do istezanja tijela. Zamislite hipotetičkog astronauta samoubojicu koji ide u crnu rupu i nosi samo svemirsko odijelo, noge naprijed. Prešavši horizont događaja, astronaut neće primijetiti nikakve promjene, unatoč činjenici da više nema priliku vratiti se. U nekom trenutku, astronaut će doći do točke (nešto iza horizonta događaja) gdje će se početi događati deformacija njegovog tijela. Budući da je gravitacijsko polje crne rupe neujednačeno i predstavljeno je gradijentom sile koji raste prema središtu, noge astronauta bit će podvrgnute osjetno većem gravitacijskom učinku od, primjerice, glave. Tada će, zbog gravitacije, odnosno, plimnih sila, noge brže "pasti". Tako se tijelo počinje postupno rastezati u dužinu. Za opis sličan fenomen astrofizičari su smislili prilično kreativan termin – špagetifikacija. Daljnje rastezanje tijela vjerojatno će ga razgraditi na atome, koji će, prije ili kasnije, doći do singularnosti. Može se samo nagađati kako će se osoba osjećati u ovoj situaciji. Vrijedi napomenuti da je učinak istezanja tijela obrnuto proporcionalan masi crne rupe. Odnosno, ako BH s masom od tri Sunca istog trena rastegne/potrga tijelo, tada će supermasivna crna rupa imati niže plimne sile i, postoje sugestije da neke fizički materijali mogli "tolerirati" takvu deformaciju bez gubitka strukture.

Kao što znate, u blizini masivnih objekata vrijeme teče sporije, što znači da će vrijeme za astronauta samoubojicu teći puno sporije nego za zemljane. U tom slučaju, možda će nadživjeti ne samo svoje prijatelje, već i samu Zemlju. Izračuni će biti potrebni kako bi se utvrdilo koliko će se vrijeme usporiti za astronauta, međutim, iz navedenog se može pretpostaviti da će astronaut vrlo sporo pasti u crnu rupu i možda jednostavno neće doživjeti trenutak kada njegovo tijelo počinje deformirati.

Važno je napomenuti da će za promatrača izvana sva tijela koja su doletjela do horizonta događaja ostati na rubu ovog horizonta sve dok njihova slika ne nestane. Razlog za ovaj fenomen je gravitacijski crveni pomak. Pojednostavljujući donekle, možemo reći da će svjetlost koja pada na tijelo astronauta samoubojice "zamrznutog" na horizontu događaja promijeniti svoju frekvenciju zbog svog usporenog vremena. Kako vrijeme prolazi sporije, frekvencija svjetlosti će se smanjiti, a valna duljina će se povećati. Kao rezultat ovog fenomena, na izlazu, odnosno za vanjskog promatrača, svjetlo će se postupno pomicati prema niskofrekventnoj - crvenoj. Doći će do pomaka svjetlosti duž spektra, kako se astronaut samoubojica sve više udaljava od promatrača, iako gotovo neprimjetno, a njegovo vrijeme teče sve sporije. Tako će svjetlost koju reflektira njegovo tijelo uskoro izaći izvan vidljivog spektra (slika će nestati), a u budućnosti će tijelo astronauta moći biti uhvaćeno samo u infracrvenom području, kasnije u radiofrekvenciji, i kao rezultat toga, zračenje će biti potpuno neuhvatljivo.

Unatoč gore napisanom, pretpostavlja se da se u vrlo velikim supermasivnim crnim rupama plimne sile ne mijenjaju toliko s udaljenosti i djeluju gotovo jednoliko na tijelo koje pada. U ovom slučaju pada svemirski brod zadržao bi svoju strukturu. Postavlja se razumno pitanje – kamo vodi crna rupa? Na ovo pitanje može se odgovoriti radom nekih znanstvenika, povezujući dva takva fenomena kao što su crvotočine i crne rupe.

Davne 1935. Albert Einstein i Nathan Rosen, uzimajući u obzir, iznijeli su hipotezu o postojanju takozvanih crvotočina, povezujući dvije točke prostor-vremena putem na mjestima značajne zakrivljenosti potonjeg - Einstein-Rosenov most. ili crvotočina. Za tako snažnu zakrivljenost prostora bit će potrebna tijela divovske mase, s čijom bi se ulogom crne rupe savršeno nosile.

Einstein-Rosenov most - smatra se neprobojnom crvotočinom, kao što i jest mala veličina i nestabilan je.

U okviru teorije crnih i bijelih rupa moguća je prolazna crvotočina. Gdje je bijela rupa izlaz informacije koja je pala u crnu rupu. Bijela rupa je opisana u okviru opće teorije relativnosti, ali danas ostaje hipotetska i nije otkrivena. Još jedan model crvotočina koji su predložili američki znanstvenici Kip Thorne i njegov diplomirani student Mike Morris, što može biti prolazno. Međutim, kao iu slučaju Morris-Thorn crvotočine, kao i u slučaju crnih i bijelih rupa, mogućnost putovanja zahtijeva postojanje takozvane egzotične materije, koja ima negativnu energiju i također ostaje hipotetska.

Crne rupe u svemiru

Postojanje crnih rupa potvrđeno je relativno nedavno (rujan 2015.), no prije toga je već bilo dosta teoretskog materijala o prirodi crnih rupa, kao i mnogo objekata kandidata za ulogu crne rupe. Prije svega, treba uzeti u obzir dimenzije crne rupe, jer o njima ovisi sama priroda fenomena:

• crna rupa zvjezdane mase. Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela sposobnog za formiranje takve crne rupe je 2,5 - 3 solarne mase.
• Crne rupe srednje mase. Uvjetna srednja vrsta crnih rupa koje su se povećale zbog apsorpcije obližnjih objekata, kao što su nakupine plina, susjedna zvijezda (u sustavima dviju zvijezda) i druga kozmička tijela.
• Supermasivna crna rupa. Kompaktni objekti s 10 5 -10 10 Sunčevih masa. Prepoznatljiva svojstva Takve BH su paradoksalno niske gustoće, kao i slabe plimne sile, o čemu je ranije bilo riječi. To je ova supermasivna crna rupa u središtu naše galaksije Mliječne staze (Strijelac A*, Sgr A*), kao i većine drugih galaksija.

Kandidati za CHD

Najbliža crna rupa, odnosno kandidat za ulogu crne rupe, je objekt (V616 Unicorn), koji se nalazi na udaljenosti od 3000 svjetlosnih godina od Sunca (u našoj galaksiji). Sastoji se od dvije komponente: zvijezde s masom od polovine Sunčeve mase, kao i nevidljivog malog tijela, čija je masa 3-5 solarnih masa. Ako se ovaj objekt pokaže kao mala crna rupa zvjezdane mase, tada će to biti najbliža crna rupa.

Nakon ovog objekta, druga najbliža crna rupa je Cyg X-1 (Cyg X-1), koji je bio prvi kandidat za ulogu crne rupe. Udaljenost do njega je otprilike 6070 svjetlosnih godina. Prilično dobro proučen: ima masu od 14,8 solarnih masa i radijus horizonta događaja od oko 26 km.

Prema nekim izvorima, još jedan najbliži kandidat za ulogu crne rupe moglo bi biti tijelo u zvjezdanom sustavu V4641 Strijelac (V4641 Sgr), koje se, prema procjenama iz 1999. godine, nalazilo na udaljenosti od 1600 svjetlosnih godina. Međutim, naknadne studije povećale su ovu udaljenost za najmanje 15 puta.

Koliko je crnih rupa u našoj galaksiji?

Ne postoji točan odgovor na ovo pitanje, jer ih je prilično teško promatrati, a tijekom cijelog proučavanja neba znanstvenici su uspjeli otkriti desetak crnih rupa unutar mliječna staza. Bez upuštanja u proračune, napominjemo da u našoj galaksiji postoji oko 100 - 400 milijardi zvijezda, a otprilike svaka tisućita zvijezda ima dovoljno mase da formira crnu rupu. Vjerojatno su milijuni crnih rupa mogli nastati tijekom postojanja Mliječne staze. Budući da je lakše registrirati ogromne crne rupe, logično je pretpostaviti da većina BH u našoj galaksiji nije supermasivna. Važno je napomenuti da NASA-ino istraživanje 2005. sugerira prisutnost cijelog roja crnih rupa (10-20 tisuća) koji kruže oko središta galaksije. Osim toga, 2016. godine japanski su astrofizičari otkrili masivni satelit u blizini objekta * - crne rupe, jezgre Mliječne staze. Zbog malog polumjera (0,15 svjetlosnih godina) ovog tijela, kao i njegove ogromne mase (100.000 solarnih masa), znanstvenici sugeriraju da je ovaj objekt također supermasivna crna rupa.

Jezgra naše galaksije, crna rupa Mliječne staze (Strijelac A*, Sgr A* ili Strijelac A*) je supermasivna i ima masu od 4,31 10 6 sunčevih masa i polumjer od 0,00071 svjetlosne godine (6,25 svjetlosnih sati ili 6,75 milijardi km). Temperatura Strijelca A* zajedno sa grozdom oko njega je oko 1 10 7 K.

Najveća crna rupa

Najveća crna rupa u svemiru koju su znanstvenici uspjeli otkriti je supermasivna crna rupa, FSRQ blazar, u središtu galaksije S5 0014+81, na udaljenosti od 1,2·10 10 svjetlosnih godina od Zemlje. Prema preliminarnim rezultatima promatranja, pomoću svemirske zvjezdarnice Swift, masa crne rupe iznosila je 40 milijardi (40 10 9) solarnih masa, a Schwarzschildov polumjer takve rupe bio je 118,35 milijardi kilometara (0,013 svjetlosnih godina). Osim toga, prema izračunima, nastao je prije 12,1 milijardu godina (1,6 milijardi godina nakon Velikog praska). Ako ova divovska crna rupa ne apsorbira materiju koja je okružuje, tada će doživjeti eru crnih rupa – jedno od razdoblja u razvoju Svemira, tijekom kojeg će u njemu dominirati crne rupe. Ako jezgra galaksije S5 0014+81 nastavi rasti, tada će postati jedna od posljednjih crnih rupa koje će postojati u svemiru.

Druge dvije poznate crne rupe, iako nisu imenovane, imaju najviša vrijednost za proučavanje crnih rupa, budući da su eksperimentalno potvrdile njihovo postojanje, a dale su i važne rezultate za proučavanje gravitacije. Riječ je o događaju GW150914, koji se zove sudar dvije crne rupe u jednu. Ovaj događaj je omogućio registraciju.

Detekcija crnih rupa

Prije razmatranja metoda za otkrivanje crnih rupa, treba odgovoriti na pitanje - zašto je crna rupa crna? - odgovor na njega ne zahtijeva duboko poznavanje astrofizike i kozmologije. Činjenica je da crna rupa apsorbira sve zračenje koje pada na nju i uopće ne zrači, ako ne uzmete u obzir hipotetičko. Razmotrimo li ovaj fenomen detaljnije, možemo pretpostaviti da unutar crnih rupa nema procesa koji dovode do oslobađanja energije u obliku elektromagnetskog zračenja. Zatim, ako crna rupa zrači, onda je u Hawkingovom spektru (koji se poklapa sa spektrom zagrijanog, apsolutno crnog tijela). Međutim, kao što je ranije spomenuto, ovo zračenje nije detektirano, što sugerira potpuno nisku temperaturu crnih rupa.

Druga općeprihvaćena teorija kaže da elektromagnetsko zračenje uopće nije sposobno napustiti horizont događaja. Najvjerojatnije je da fotone (čestice svjetlosti) ne privlače masivni objekti, budući da, prema teoriji, oni sami nemaju masu. Međutim, crna rupa i dalje "privlači" fotone svjetlosti kroz izobličenje prostor-vremena. Zamislimo li crnu rupu u svemiru kao svojevrsnu depresiju na glatkoj površini prostor-vremena, tada postoji određena udaljenost od središta crne rupe, približavajući se kojoj se svjetlost više neće moći udaljiti od nje. Odnosno, grubo govoreći, svjetlost počinje "padati" u "jamu", koja čak i nema "dno".

Osim toga, s obzirom na učinak gravitacijskog crvenog pomaka, moguće je da svjetlost u crnoj rupi izgubi svoju frekvenciju, pomičući se duž spektra u područje niskofrekventnog dugovalnog zračenja, sve dok potpuno ne izgubi energiju.

Dakle, crna rupa je crna i stoga je teško otkriti u svemiru.

Metode detekcije

Razmotrite metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:

Uz gore navedene metode, znanstvenici često povezuju objekte kao što su crne rupe i. Kvazari su neke nakupine kozmičkih tijela i plina, koji su među najsjajnijim astronomskim objektima u Svemiru. Budući da imaju visok intenzitet luminescencije pri relativno malim veličinama, postoji razlog za vjerovanje da je središte ovih objekata supermasivna crna rupa, koja privlači okolnu tvar k sebi. Zbog tako snažne gravitacijske privlačnosti, privučena materija je toliko zagrijana da intenzivno zrači. Detekcija takvih objekata obično se uspoređuje s detekcijom crne rupe. Ponekad kvazari mogu emitirati mlazove zagrijane plazme u dva smjera – relativistički mlazovi. Razlozi nastanka ovakvih mlazova (mlaznica) nisu potpuno jasni, ali su vjerojatno uzrokovani interakcijom magnetskih polja crne rupe i akrecijskog diska, a ne emitiraju ih izravna crna rupa.

Mlaz u galaksiji M87 udara iz središta crne rupe

Sumirajući gore navedeno, može se zamisliti, izbliza: to je sferni crni predmet, oko kojeg se rotira snažno zagrijana tvar, tvoreći svjetleći akrecijski disk.

Spajanje i sudaranje crnih rupa

Jedan od najzanimljivijih fenomena u astrofizici je sudar crnih rupa, koji također omogućuje otkrivanje tako masivnih astronomskih tijela. Takvi procesi nisu zanimljivi samo astrofizičarima, jer rezultiraju pojavama koje fizičari slabo proučavaju. Najjasniji primjer je prethodno spomenuti događaj pod nazivom GW150914, kada su se dvije crne rupe toliko približile da su se, kao rezultat međusobne gravitacijske privlačnosti, spojile u jednu. Važna posljedica ovog sudara bila je pojava gravitacijskih valova.

Prema definiciji gravitacijskih valova, to su promjene u gravitacijskom polju koje se šire od masivnih objekata u pokretu na valoviti način. Kada se dva takva objekta približe jedan drugome, počinju se okretati oko zajedničkog težišta. Kako se međusobno približavaju, njihova se rotacija oko vlastite osi povećava. Takve promjenjive oscilacije gravitacijskog polja u nekom trenutku mogu formirati jedan snažan gravitacijski val koji se može širiti u svemiru milijunima svjetlosnih godina. Dakle, na udaljenosti od 1,3 milijarde svjetlosnih godina dogodio se sudar dviju crnih rupa, koji je formirao snažan gravitacijski val koji je 14. rujna 2015. stigao do Zemlje, a zabilježili su ga detektori LIGO i VIRGO.

Kako crne rupe umiru?

Očito, da bi crna rupa prestala postojati, morala bi izgubiti svu svoju masu. Međutim, prema njezinoj definiciji, ništa ne može napustiti crnu rupu ako je prešla svoj horizont događaja. Poznato je da je sovjetski teoretski fizičar Vladimir Gribov prvi put spomenuo mogućnost emisije čestica crnom rupom u svojoj raspravi s drugim sovjetskim znanstvenikom Yakovom Zeldovičem. Tvrdio je da je sa stajališta kvantne mehanike, crna rupa sposobna emitirati čestice kroz efekt tunela. Kasnije je uz pomoć kvantne mehanike izgradio vlastitu, nešto drugačiju teoriju, engleski teorijski fizičar Stephen Hawking. Više o ovom fenomenu možete pročitati. Ukratko, u vakuumu postoje tzv virtualne čestice, koji se neprestano rađaju u parovima i međusobno se uništavaju, a pritom nisu u interakciji s vanjskim svijetom. Ali ako se takvi parovi pojave na horizontu događaja crne rupe, tada ih snažna gravitacija hipotetski može razdvojiti, pri čemu jedna čestica pada u crnu rupu, a druga odlazi iz crne rupe. A budući da se čestica koja je odletjela iz rupe može promatrati, pa stoga ima pozitivnu energiju, čestica koja je pala u rupu mora imati negativnu energiju. Tako će crna rupa izgubiti svoju energiju i doći će do efekta koji se zove isparavanje crne rupe.

Prema dostupnim modelima crne rupe, kao što je ranije spomenuto, kako se njezina masa smanjuje, njezino zračenje postaje sve intenzivnije. Zatim, u završnoj fazi postojanja crne rupe, kada se može smanjiti na veličinu kvantne crne rupe, ona će osloboditi ogromnu količinu energije u obliku zračenja, koja može biti ekvivalentna tisućama ili čak milijuni atomskih bombi. Ovaj događaj pomalo podsjeća na eksploziju crne rupe, poput iste bombe. Prema proračunima, primordijalne crne rupe mogle su se roditi kao rezultat Velikog praska, a one od njih, čija je masa reda veličine 10 12 kg, trebale su ispariti i eksplodirati oko našeg vremena. Bilo kako bilo, takve eksplozije astronomi nikada nisu vidjeli.

Unatoč Hawkingovom predloženom mehanizmu za uništavanje crnih rupa, svojstva Hawkingovog zračenja uzrokuju paradoks u kvantnoj mehanici. Ako crna rupa apsorbira neko tijelo, a zatim izgubi masu koja nastaje upijanjem ovog tijela, tada se bez obzira na prirodu tijela, crna rupa neće razlikovati od onoga što je bila prije apsorpcije tijela. U ovom slučaju, informacije o tijelu su zauvijek izgubljene. Sa stajališta teorijskih proračuna, transformacija početnog čistog stanja u rezultirajuće miješano (“toplinsko”) stanje ne odgovara trenutnoj teoriji kvantne mehanike. Ovaj paradoks se ponekad naziva nestanak informacija u crnoj rupi. Pravo rješenje za ovaj paradoks nikada nije pronađeno. Poznate varijante rješenja paradoksa:

• Nedosljednost Hawkingove teorije. To povlači za sobom nemogućnost uništavanja crne rupe i njezin stalni rast.
• Prisutnost bijelih rupa. U ovom slučaju, apsorbirana informacija ne nestaje, već se jednostavno izbacuje u drugi Svemir.
• Nedosljednost općeprihvaćene teorije kvantne mehanike.

Neriješen problem fizike crne rupe

Sudeći po svemu što je ranije opisano, crne rupe, iako se proučavaju relativno dugo, još uvijek imaju mnoge značajke, čiji mehanizmi znanstvenicima još uvijek nisu poznati.

• Engleski znanstvenik je 1970. godine formulirao tzv. "načelo kozmičke cenzure" - "Priroda se gnuša gole singularnosti." To znači da se singularnost formira samo na mjestima skrivenim od pogleda, poput središta crne rupe. Međutim, ovaj princip još nije dokazan. Postoje i teoretski izračuni prema kojima može doći do "gole" singularnosti.
• Nije dokazan ni “teorem bez dlake”, prema kojem crne rupe imaju samo tri parametra.
• Potpuna teorija magnetosfere crne rupe nije razvijena.
• Priroda i fizika gravitacijske singularnosti nije proučavana.
• Ne zna se pouzdano što se događa u završnoj fazi postojanja crne rupe, a što ostaje nakon njezina kvantnog raspada.

Zanimljive činjenice o crnim rupama

Rezimirajući navedeno, možemo istaknuti nekoliko zanimljivih i neobične značajke priroda crnih rupa:

• Crne rupe imaju samo tri parametra: masu, električni naboj i kutni moment. Kao rezultat tako malog broja karakteristika ovog tijela, teorem koji to navodi naziva se "teorem bez dlake". Otud je i potekla fraza “crna rupa nema dlaku”, što znači da su dvije crne rupe apsolutno identične, njihova tri navedena parametra su ista.
• Gustoća crnih rupa može biti manja od gustoće zraka, a temperatura je blizu apsolutne nule. Iz ovoga možemo pretpostaviti da se stvaranje crne rupe ne događa zbog kompresije tvari, već kao rezultat nakupljanja velike količine tvari u određenom volumenu.
• Vrijeme za tijela koja apsorbiraju crne rupe teče mnogo sporije nego za vanjskog promatrača. Osim toga, apsorbirana tijela značajno su rastegnuta unutar crne rupe, što su znanstvenici nazvali špagetifikacija.
• U našoj galaksiji može postojati oko milijun crnih rupa.
• Vjerojatno postoji supermasivna crna rupa u središtu svake galaksije.
• U budućnosti, prema teorijskom modelu, Svemir će dosegnuti takozvanu eru crnih rupa, kada će crne rupe postati dominantna tijela u Svemiru.

"Tehnika-mladost" 1976. br. 4, str. 44-48.

Jedan od dana konferencije "Čovjek i prostor" bio je posvećen kozmičkim tijelima koja ispunjavaju naš svemir: česticama, poljima, zvijezdama, galaksijama, nakupinama galaksija...

Objavljujemo pregled izvještaja o ovoj temi napravljenih na konferenciji - izvještaj akademika Y. ZELDOVICHA "Polja i čestice u svemiru", kao i tri izvještaja posvećena proučavanju opaženih manifestacija najjedinstvenijih objekata u našoj svemir - "crne rupe". Ova izvješća podnose voditelji sektora Instituta istraživanje svemira Akademija znanosti SSSR-a, doktori fizikalno-matematičkih znanosti I. NOVIKOV i R. SYUNYAEV i istraživač Državnog astronomskog instituta po P.K. Sternbergu, kandidat fizikalnih i matematičkih znanosti N. SHAKUROY.

Već nekoliko desetljeća astronomski svijet brine problem postojanja "crnih rupa" u svemiru - najnevjerojatnijih objekata koje su fizičari predvidjeli na temelju opće teorije relativnosti A. Einsteina. "Crne rupe" su materijalna tijela stisnuta vlastitom gravitacijom do takve veličine da ni svjetlost ni bilo koje druge čestice ne mogu napustiti površinu i otići u beskonačnost.

Svima je dobro poznat koncept druge kozmičke brzine. To je početna brzina koju je potrebno dati letjelici (ili bilo kojem drugom objektu) na površini Zemlje kako bi prevladala gravitacijske sile privlačenja i pobjegla u svemir. Brojčano, jednaka je 11,2 km/s.

Zamislite sada hipotetičku letjelicu koja kreće s površine neke zvijezde, kao što je naše Sunce. Kako bi se mogla osloboditi "gravitacijskog zagrljaja" zvijezde, trebat će mu brzina od stotine kilometara u sekundi. U općem slučaju, druga prostorna brzina ovisi o masi M i polumjeru R tijela i određena je dobro poznatom formulom: (G - konstanta gravitacijske interakcije). Očito, što je manji polumjer R tijela date mase M, to je jače njegovo gravitacijsko polje, više vrijednosti druga kozmička brzina.

Još krajem 17. stoljeća, poznati francuski znanstvenik Pierre Simon Laplace u određenom je smislu predvidio "crne rupe", postavljajući pitanje: do koje veličine treba tijelo stisnuti da brzina bijega s njegove površine bude jednaka brzina svjetlosti c = 300 000 km/s? Zamijenivši vrijednost brzine svjetlosti c = 300 000 km/s u izraz za drugu kozmičku brzinu, nalazimo vrijednost polumjera

Za Zemlju je to samo 3 cm, za Sunce - 3 km. Dakle, kada bi uz pomoć nekog vanjskog utjecaja bilo moguće stisnuti ova tijela do polumjera R g, onda ne bi isijavala ništa prema van, jer bi bilo potrebno česticama dati početnu brzinu veću od brzine svjetlosti, ali potonja je, kao što danas znamo, najveća moguća brzina materijalnih čestica.

Prave dimenzije Zemlje i drugih planeta. Sunce i druge zvijezde tisuće su puta veće od polumjera R g , a znanstvenici su dugo vremena pretpostavljali da sile unutarnjeg pritiska materije neće dopustiti da se skupi na kritični polumjer. No 30-ih godina našeg stoljeća nekoliko je fizičara (jedan od njih bio akademik L. Landau) pokazalo da bi se dovoljno masivne zvijezde na kraju svoje evolucije trebale pretvoriti u "crne rupe", odnosno skupiti se do takve veličine da gravitacijska polje blokira zračenje koje dolazi s njihove površine. Proces kompresije masivnih zvijezda je nepovratan: nikakve supermoćne odbojne sile između čestica ne mogu spriječiti kompresiju zvijezde gotovo do R g . Taj proces nepovratne katastrofalne kontrakcije naziva se gravitacijski kolaps, a kritični polumjer R g naziva se gravitacijski radijus tijelo.

Znamo da Newtonova mehanika nije primjenjiva kada je brzina čestica usporediva sa brzinom svjetlosti. U ovom slučaju koristite posebna teorija relativnosti. A za opisivanje jakih gravitacijskih polja i gibanja materije u njima, umjesto Newtonove teorije gravitacije, također koriste opća teorija relativnosti, ili, kako se još naziva, Einsteinova relativistička teorija gravitacije. Pokazalo se upečatljivim da je izračun gravitacijskog radijusa u točnoj relativističkoj teoriji gravitacije doveo do iste vrijednosti: koju je Laplace izračunao prije više od stoljeća i pol. No, prema Newtonovoj teoriji, koliko god ogromnu masu materije uzeli, ona uvijek može biti u ravnotežnom stanju. Iako za nju postoji pojam gravitacijskog radijusa, dimenzije tijela, prema Newtonovoj teoriji, uvijek su veće.

U egzaktnoj relativističkoj teoriji nije tako. Ispada da ako masa tvari prijeđe određenu kritičnu vrijednost, tada se mora, nakon što izgubi toplinsku energiju, srušiti pod djelovanjem gravitacijskih sila. Ova vrijednost kritične mase je otprilike 2-3 puta veća od mase našeg Sunca (2-3 Ms).

U svemiru promatramo milijarde zvijezda, obje s masom deset puta manjom od Sunčeve, i desetke puta većom. Zvijezde gube toplinsku energiju u obliku elektromagnetskog zračenja s površine. Što je veća masa zvijezde, to ima veću svjetlost. Dakle, zvijezda čija je masa deset puta veća od mase Sunca ima deset tisuća puta veću svjetlost.

Dugotrajni gubici energije kompenziraju se reakcijama termonuklearne fuzije koje se događaju u dubokim unutrašnjostima zvijezda. Ali nakon iscrpljivanja nuklearnih resursa, zvijezda se počinje hladiti. Proračuni pokazuju da zvijezde poput našeg Sunca sagorijevaju svoje rezerve nakon otprilike 10 milijardi godina 1 , a s deset puta većom masom - nakon 10 milijuna godina. Uostalom, njihova je svjetlost 10 000 puta veća. S početkom hlađenja, zvijezda se počinje skupljati pod utjecajem gravitacijskih sila. Ovisno o masi, kompresija dovodi do tri različiti tipovi objekata (vidi sliku 1). Zvijezde s masom solarnog reda pretvaraju se u bijele patuljke - prilično gusta tijela (gustoća 10 5 - 10 9 g / cm 3), čija je dimenzija usporediva s polumjerom Zemlje. Sila gravitacije u bijelim patuljcima uravnotežena je pritiskom degeneriranih elektrona, što je posljedica kvantnih svojstava plina gustog elektrona. Za zvijezde s masom većom od 1,2 ms. pritisak degeneriranih elektrona više nije u stanju suprotstaviti rastućoj sili gravitacije, a takve se zvijezde nastavljaju dalje smanjivati. Ako vrijednost mase ne prelazi 2-3 Ms, tada se njezina kompresija zaustavlja na gustoći atomske jezgre 10 14 -10 15 g/cm 3 . Pri takvoj gustoći materija se gotovo u potpunosti pretvara u neutrone, a sila gravitacije je uravnotežena pritiskom degeneriranog neutronskog plina. Naravno, takvi su objekti nazvani neutronskim zvijezdama. Polumjer neutronske zvijezde je samo nekoliko kilometara. Kompresija izvorne zvijezde, koja ima radijus od milijuna kilometara, na veličinu od deset kilometara događa se trenutno (u okviru koncepata astrofizike, odnosno pri brzini slobodnog pada od oko sat vremena), a gigantska količina energije oslobađa se u kratkom vremenu. Vanjski dijelovi zvijezde doslovno eksplodiraju i razlijeću se brzinom od nekoliko desetaka tisuća kilometara u sekundi. Većina energije zrači se u obliku Elektromagnetski valovi, tako da sjaj zvijezde tijekom nekoliko dana postaje usporediv s ukupnim sjajem svih zvijezda u Galaksiji. Takva eksplozija naziva se eksplozija supernove.

1 Starost Sunca danas je 5 milijardi godina.

Konačno, ako masa zvijezde premašuje tri puta masu Sunca, tada nikakve odbojne sile ne mogu zaustaviti proces kompresije, a on završava relativističkim kolapsom s stvaranjem "crne rupe".

Ali to ne znači da će rezultirajući svemirski objekti imati proporcionalne mase. Akademik Ya. Zel'dovich se u svom izvješću detaljno zadržao na razlozima tih nedosljednosti. Gravitacijske sile karakterizira defekt mase. Stanja mogu nastati kada defekt gravitacijske mase dosegne 30, 50, pa čak i 99%.

Teorijski izračuni pružaju nekoliko metoda za nastanak "crne rupe" (slika 2). Prvo, moguć je izravan kolaps masivne zvijezde, u kojem će se sjaj izvorne zvijezde, koju opaža udaljeni promatrač, brzo smanjiti. Od ljubičaste, zvijezda brzo postaje crvena, zatim infracrvena, a zatim se potpuno gasi. Iako će i dalje zračiti energiju, gravitacijsko polje postaje toliko snažno da će se putovi fotona vijugati natrag prema zvijezdi u kolapsu. Moguć je i sljedeći put: središnji dijelovi zvijezde su komprimirani u gustu vruću neutronsku jezgru s masom većom od kritične, a zatim nakon brzog hlađenja (reda nekoliko desetaka sekundi), masivna neutronska zvijezda dalje se urušava u "crnu rupu". Takav dvostupanjski proces dovodi do eksplozije vanjskih dijelova zvijezde, slično eksploziji supernove, uz nastanak normalne neutronske zvijezde. Konačno, "crna rupa" može nastati od neutronske zvijezde nekoliko desetaka milijuna godina nakon eksplozije supernove, kada masa neutronske zvijezde kao rezultat ispadanja okolne međuzvjezdane tvari na njezinu površinu prijeđe kritičnu vrijednost.

Je li moguće promatrati ove tri vrste krajnjih objekata zvjezdane evolucije: bijele patuljke, neutronske zvijezde i "crne rupe"?

Povijesno se pokazalo da su bijeli patuljci otkriveni mnogo prije nego što je shvaćena teorija evolucije zvijezda. Promatrane su kao kompaktne bijele zvijezde s visokim površinskim temperaturama. Ali odakle crpe energiju, jer, prema teoriji, u njima nema izvora nuklearne energije? Ispada da sjaje zbog zaliha toplinske energije koje su im ostale iz prethodnih, vrućih faza evolucije. Sa svojom malom površinom, ove zvijezde vrlo štedljivo gube energiju. Oni se polako hlade i u redoslijedu stotina milijuna godina pretvaraju se u crne patuljke, odnosno postaju hladni i nevidljivi.

Neutronske zvijezde imaju više sreće. Prvi su ih otkrili teoretičari "na vrhu pera", a gotovo 30 godina nakon predviđanja otkriveni su kao izvori kozmičkog strogo periodičnog zračenja - pulsari. (Za ovo otkriće, A. Hewish, vođa grupe britanskih astronoma koji su otkrili prvi pulsar, dobio je Nobelovu nagradu.) Pulsari se promatraju s periodima ponavljanja pulsa od stotinki sekunde za najmlađe pulsare do nekoliko sekundi za pulsari čija je starost desecima milijuna godina. Periodičnost pulsara povezana je s njihovom brzom rotacijom oko vlastite osi.

Zamislite reflektor na površini nekog rotirajućeg objekta. Ako ste na putu snopa svjetlosti od takvog objekta, vidjet ćete da će zračenje iz njega dolaziti u obliku zasebnih impulsa s periodom jednakim razdoblju rotacije objekta - to će biti grubo , približan, ali u osnovi ispravan model pulsara. Zašto zračenje s površine neutronske zvijezde izlazi u uskom stošcu kutova, poput snopa svjetlosti iz reflektora? Pokazalo se da zbog snažnog magnetskog polja od 10 11 -10 12 gausa, neutronska zvijezda zrači energiju samo duž linija sile s magnetskih polova, što kao rezultat rotacije dovodi do fenomena pulsara kao kozmički svjetionik. Zanimljivo je da se energija koja se zrači u svemir crpi iz njegove rotacijske energije, a period rotacije pulsara postupno se povećava. S vremena na vrijeme, ovo glatko povećanje razdoblja nadograđuje se neuspjehom frekvencije, kada pulsar gotovo trenutno smanjuje vrijednost perioda. Ovi kvarovi su uzrokovani "zvijezda potresa" neutronske zvijezde. Kako se rotacija usporava u čvrstoj kori neutronske zvijezde (vidi sliku 3.), mehanička naprezanja se postupno akumuliraju, a kada ta naprezanja prijeđu graničnu čvrstoću, dolazi do naglog oslobađanja energije i restrukturiranja čvrste kore - pulsara. trenutno smanjuje svoje razdoblje rotacije tijekom takvog restrukturiranja.

Kako zrače crne rupe?

Vanjsko gravitacijsko polje je sve što ostaje od zvijezde nakon što se sruši i pretvori u "crnu rupu". Svo bogatstvo vanjskih karakteristika zvijezde je magnetsko polje, kemijski sastav, spektar zračenja - nestaje u procesu gravitacijskog kolapsa. Zamislite na trenutak fantastičnu situaciju kada bi se naša Zemlja našla pored "crne rupe" (slika 4). Zemlja ne bi tek tako počela padati u "crnu rupu", plimne sile bi počele deformirati Zemlju, povlačeći je u mrlju prije nego što bi je potpuno progutala "crna rupa".

"Crna rupa" bez rotacije karakterizira samo vrijednost gravitacijskog radijusa R g , koji ograničava sferu u blizini "crne rupe", ispod koje ne mogu izlaziti signali. Ako "crna rupa" također ima kutni moment rotacije, tada se iznad gravitacijskog radijusa pojavljuje područje koje se zove ergosfera. Budući da je u ergosferi, čestica ne može mirovati. Kada se čestica raspadne iz ergosfere, energija se može izvući - jedan fragment pada u "crnu rupu", a drugi odleti u beskonačnost, odnijevši sa sobom višak energije (vidi sliku na stranici 44).

Potraga za "crnim rupama" u našoj galaksiji najviše obećava u binarnim zvjezdanim sustavima. Više od 50% zvijezda dio je binarnih sustava. Neka se jedan od njih pretvori u "crnu rupu". Ako je druga na dovoljno sigurnoj udaljenosti, odnosno sile plime i oseke je ne unište, već samo malo deformiraju, tada će se takve dvije zvijezde i dalje rotirati oko zajedničkog težišta, ali će jedna od njih biti nevidljiva. Sovjetski znanstvenici, akademik Ya. Zel'dovich i O. Guseinov, 1965. su predložili traženje "crnih rupa" među onim binarnim sustavima u kojima je masivnija komponenta nevidljiva. Kasnije studije su pokazale da ako optička zvijezda izgubi materiju sa svoje površine, tada se oko "crne rupe" može pojaviti svjetleća aureola. A sada su sve nade astronoma povezane s proučavanjem interakcije "crnih rupa" s materijom koja ih okružuje.

Kuglasti pad hladne tvari na "crnu rupu" ne dovodi do zamjetnog oslobađanja energije: "crna rupa" nema površinu na kojoj bi se tvar pri udaru zaustavila i istaknula svoju energiju. Ali, kao što su akademik Ya. Zeldovich i američki astrofizičar E. Salpeter neovisno pokazali 1964., ako se "crna rupa" "probije" usmjerenim strujanjem plina, tada iza nje nastaje snažan udarni val u kojem se plin zagrijava do desetke milijuna stupnjeva i počinje emitirati u rendgenskom području spektra. To se događa kada optička zvijezda istječe zvjezdanim vjetrom i njezina je veličina mala u usporedbi s nekom kritičnom šupljinom zvanom Rocheov režanj (slika 5a). Ako zvijezda ispuni cijeli Rocheov režanj, tada se otjecanje događa kroz “uski vrat” (slika 56), a oko “crne rupe” se formira disk. Materija u disku, kako gubi brzinu, polako uvijajućom spiralom pada prema "crnoj rupi". U procesu pada dio gravitacijske energije pretvara se u toplinu i zagrijava disk. Najviše se zagrijavaju područja diska blizu "crne rupe". Temperatura u njima raste na desetke milijuna stupnjeva, a kao rezultat toga, disk, kao u slučaju udarnog vala, glavni dio emitira energiju u rendgenskom području.

Slična će se slika uočiti ako umjesto "crne rupe" u binarnom sustavu postoji neutronska zvijezda (slika 5c). Međutim, neutronska zvijezda ima jaku magnetsko polje. Ovo polje usmjerava upadnu tvar u područje magnetskih polova, gdje se glavni dio energije oslobađa u rendgenskom području. Kada se takva neutronska zvijezda okrene, promatrat ćemo fenomen rendgenskog pulsara.

Trenutno je u binarnim sustavima otkriven veliki broj kompaktnih izvora X-zraka. Otkriveni su redovitim gašenjem zračenja tijekom pomrčine izvora obližnjom optičkom zvijezdom. Ako je samo zračenje dodatno modulirano, onda se najvjerojatnije radi o neutronskoj zvijezdi, ako ne, postoji razlog da se takav izvor smatra "crnom rupom". Procjene njihovih masa, koje se mogu napraviti na temelju Keplerovih zakona, pokazale su da su one veće od kritične granice za neutronsku zvijezdu. Najdetaljnije je proučen izvor Cygnus X-1 s masom većom od 10 Ms. Po svim svojim karakteristikama to je “crna rupa”.

Dugo je vremena većina astrofizičara vjerovala da izolirana "crna rupa" bez ikakvih čestica oko sebe ne zrači. No prije nekoliko godina poznati engleski astrofizičar S. Hawking pokazao je da bi čak i potpuno izolirana “crna rupa” trebala emitirati fotone, neutrine i druge čestice u svemir. Ovaj protok energije uzrokovan je kvantnim fenomenom proizvodnje čestica u jakom izmjeničnom gravitacijskom polju. Tijekom kolapsa zvijezda se asimptotski približava vrijednosti gravitacijskog radijusa i dostiže je tek za beskonačno dugo vrijeme. U praznini oko "crne rupe" uvijek postoji malo nestatično polje. A u nestatičnim poljima trebale bi se roditi nove čestice. Hawking je detaljno izračunao proces zračenja "crnih rupa" i pokazao da se s vremenom "crne rupe" smanjuju, čini se da se uvlače i smanjuju na proizvoljno male veličine. U skladu s dobivenim formulama, kvantno zračenje "crne rupe" karakterizira temperatura T ~ 10 -6 Ms/M°K. Dakle, ako je masa "crne rupe" reda Sunca, tada je efektivna temperatura zračenja zanemariva - 10 -6 °K. Također možete izračunati vijek trajanja "crne rupe": godine. Ovo vrijeme za "crne rupe" zvjezdane mase je enormno dugo, a Hawkingovi procesi ne utječu na opažene manifestacije "crnih rupa" u binarnim sustavima.

Prije desetak godina u svemiru su otkriveni najnevjerojatniji i još uvijek neriješeni objekti - kvazari. Svjetlost kvazara je stotine puta veća od sjaja čak i vrlo velikih galaksija, odnosno kvazari sjaje jače od stotina milijardi zvijezda. Uz monstruozno visoku svjetlinu, uočava se još jedna nevjerojatna činjenica - za nekoliko godina ili čak mjeseci, tok zračenja iz kvazara može se promijeniti desetke puta. Promjenjivost zračenja ukazuje da se proizvodi u vrlo kompaktnom području s dimenzijama ne više veličina Sunčev sustav. Ovo je vrlo malo za objekt s kolosalnim sjajem. Koja su to tijela?

Teoretičari su predložili nekoliko modela. Jedan od njih sugerira prisutnost supermasivne zvijezde s masom 10 milijuna puta većom od mase našeg Sunca. Takva zvijezda zrači puno energije, ali njezin životni vijek je vrlo kratak u kozmičkoj skali: samo nekoliko desetaka tisuća godina, nakon čega se ohladi i sruši u "crnu rupu". U drugom modelu pretpostavljeno je da je kvazar skup desetaka milijuna vrućih masivnih zvijezda (slika 6). Zvijezde će se sudarati, lijepiti jedna za drugu, postati masivnije, evoluirati. U tom slučaju će se često dogoditi eksplozije supernove i primijetit će se kolosalno oslobađanje energije. Ali čak i u ovom slučaju, bliski skup zvijezda pretvara se u supermasivnu "crnu rupu".

Engleski astrofizičar D. Linden-Lell prvi je razmišljao o tome kako bi se mogla detektirati tako supermasivna "crna rupa". Pokazao je da će pad međuzvjezdanog plina, koji je uvijek prisutan u međuzvjezdanom prostoru oko supermasivne "crne rupe", dovesti do enormnog oslobađanja energije. Oko "crne rupe" pojavit će se halo zračenja sa svim svojstvima uočenim u kvazarima. Trenutno je konstruirana teorija zračenja kvazara kao supermasivnih "crnih rupa" u koje ispada materija, ali nedvosmisleni dokazi za ovaj model još nisu dobiveni.

Recenziju pripremio kandidat fizikalno-matematičkih znanosti
NIKOLAY SHAKURA

Astronomi su otkrili trenutno najmasovniji objekt u cijelom svemiru. Ispostavilo se da se radi o superteškoj crnoj rupi u središtu galaksije NGC 1277 u zviježđu Perzej, 228 milijuna svjetlosnih godina udaljenoj od Zemlje.
Do otkrića je došla skupina njemačkih znanstvenika s Instituta za astronomiju u Heidelbergu tijekom analiza slika galaksije dobivenih infracrvenim spektrometrom teleskopa Hobby-Eberli. Crna rupa u zviježđu Perzej sadrži ogromnu količinu materije - od 14 do 20 milijardi masa našeg Sunca, piše Rossiyskaya Gazeta.
Pokazalo se da je ta masa više od 14 posto mase cijele galaksije, dok supermasivne crne rupe obično uključuju oko 0,1 posto. Prethodno se crna rupa u galaksiji NGC 4889, čija masa iznosi 9,8 milijardi solarnih masa, smatrala najtežim objektom.
“Ovo je doista vrlo čudna galaksija. Gotovo se u potpunosti sastoji od crne rupe. Možda smo otkrili prvi objekt iz klase galaksija crnih rupa”, rekao je astronom Karl Gebhardt, jedan od autora studije. Prema znanstvenicima, rezultati studije mogu promijeniti teoriju nastanka i rasta crnih rupa.
Prema znanstvenicima, rezultati studije mogu promijeniti teoriju nastanka i rasta crnih rupa, napominje BBC.
Astrofizičari vjeruju da uvijek postoji barem jedna crna rupa u središtu najmasivnijih galaksija. Priroda nastanka ovih objekata još nije potpuno jasna. Vjeruje se da crne rupe nastaju neograničenom gravitacijskom kontrakcijom, često nakon smrti. velike zvijezde. Oni stvaraju tako snažnu gravitacijsku privlačnost da ih nikakva tvar, čak ni svjetlost, ne može napustiti, pojašnjava Saboter.
Još jedno otkriće došli su astronomi Europskog južnog opservatorija, piše ukrinform.ua. Otkrili su objekt također povezan s crnom rupom – kvazar. Svojom privlačnošću crna rupa uništava zvijezde koje lete. Rezultirajući zvjezdani plin postupno se uvlači u rupu, dok se istovremeno rotira. Kompresija i brza rotacija središnjeg dijela diska dovodi do njegovog zagrijavanja i snažnog zračenja. Crna rupa nema vremena apsorbirati dio materije, a djelomično je napušta u obliku usko usmjerenih strujanja plina i kozmičkih zraka - to se zove kvazar.
Pronađeni kvazar je 5 puta moćniji od onih koje su znanstvenici prethodno primijetili. Brzina izbacivanja materije iz ovog kvazara je dva trilijuna puta veća od zračenja Sunca i 100 puta više od zračenja cijele naše galaksije. "Tražio sam takvo čudovište već 10 godina", rekao je jedan od istraživača, profesor Naum Arav.
Napominje se da se kvazar nalazi 1000 svjetlosnih godina od supermasivne crne rupe, a kreće se brzinom od 8 tisuća kilometara u sekundi.

Crne rupe, tamna tvar, tamna tvar... To su nesumnjivo najčudnije i najviše tajanstveni objekti u svemiru. Njihova bizarna svojstva mogu prkositi zakonima fizike u svemiru, pa čak i prirodi postojeće stvarnosti. Kako bi razumjeli što su crne rupe, znanstvenici nude "promjenu orijentira", naučiti razmišljati izvan okvira i primijeniti malo mašte. Crne rupe nastaju iz jezgri supermasivnih zvijezda, što se može opisati kao područje svemira u kojem je ogromna masa koncentrirana u praznini i ništa, čak ni svjetlost, ne može izbjeći gravitacijskoj privlačnosti tamo. Ovo je područje u kojem druga svemirska brzina premašuje brzinu svjetlosti: Što je objekt gibanja masivniji, to se mora brže kretati da bi se riješio svoje gravitacije. To je poznato kao druga brzina bijega.

Collier Encyclopedia naziva crnom rupom područje u svemiru koje je nastalo kao rezultat potpunog gravitacijskog kolapsa materije, u kojem je gravitacijsko privlačenje toliko snažno da ga ne mogu napustiti ni materija, ni svjetlost, ni drugi nositelji informacija. Tako unutarnji dio crna rupa je uzročno nepovezana s ostatkom svemira; fizički procesi koji se događaju unutar crne rupe ne mogu utjecati na procese izvan nje. Crna rupa je okružena površinom sa svojstvom jednosmjerne membrane: materija i zračenje slobodno padaju kroz nju u crnu rupu, ali odatle ništa ne može pobjeći. Ova površina se zove "horizont događaja".

Povijest otkrića

Crne rupe predviđene općom relativnošću (teorija gravitacije koju je predložio Einstein 1915.) i drugi, više moderne teorije gravitaciju su matematički potkrijepili R. Oppenheimer i H. Snyder 1939. No svojstva prostora i vremena u blizini tih objekata pokazala su se toliko neobičnim da ih astronomi i fizičari nisu shvaćali ozbiljno 25 godina. Međutim, astronomska otkrića sredinom 1960-ih natjerala su nas da na crne rupe gledamo kao na moguću fizičku stvarnost. Nova otkrića i istraživanja mogu iz temelja promijeniti naše razumijevanje prostora i vremena, bacajući svjetlo na milijarde kozmičkih misterija.

Formiranje crnih rupa

Dok se termonuklearne reakcije odvijaju u unutrašnjosti zvijezde, one podržavaju visoka temperatura i tlaka, sprječavajući da se zvijezda sruši pod vlastitom gravitacijom. Međutim, s vremenom se nuklearno gorivo iscrpljuje, a zvijezda se počinje smanjivati. Proračuni pokazuju da ako masa zvijezde ne prelazi tri solarne mase, tada će pobijediti u "bitci s gravitacijom": njezin će gravitacijski kolaps biti zaustavljen pritiskom "degenerirane" materije, a zvijezda će se zauvijek pretvoriti u bijeli patuljak ili neutronska zvijezda. Ali ako je masa zvijezde veća od tri solarna, tada ništa ne može zaustaviti njezin katastrofalni kolaps i ona će brzo otići ispod horizonta događaja, postajući crna rupa.

Je li crna rupa rupa od krafne?

Sve što ne emituje svjetlost teško je vidjeti. Jedan od načina traženja crne rupe je traženje regija u njoj otvoreni prostor, koji imaju veliku masu i nalaze se u mračnom prostoru. Prilikom traženja ovih vrsta objekata, astronomi su ih pronašli u dva glavna područja: u središtima galaksija i u binarnim zvjezdanim sustavima u našoj galaksiji. Ukupno, kako sugeriraju znanstvenici, postoje deseci milijuna takvih objekata.

Trenutačno, jedini pouzdan način razlikovanja crne rupe od druge vrste objekta je mjerenje mase i veličine objekta i usporedba njegovog radijusa s