Da bi nastala crna rupa potrebno je tijelo stisnuti do određene kritične gustoće tako da polumjer komprimiranog tijela bude jednak njegovu gravitacijskom radijusu. Vrijednost ove kritične gustoće obrnuto je proporcionalna kvadratu mase crne rupe.
Za tipičnu crnu rupu zvjezdane mase ( M=10M sunce) gravitacijski radijus je 30 km, a kritična gustoća je 2·10 14 g/cm 3 , odnosno dvjesto milijuna tona po kubičnom centimetru. Ova gustoća je vrlo visoka u odnosu na prosječnu gustoću Zemlje (5,5 g/cm3), jednaka je gustoći tvari atomske jezgre.
Za crnu rupu u jezgri galaksije ( M=10 10 M sunce) gravitacijski radijus je 3 10 15 cm = 200 AJ, što je pet puta više od udaljenosti od Sunca do Plutona (1 astronomska jedinica - prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca - jednaka je 150 milijuna km ili 1,5 10 13 cm). Kritična gustoća u ovom slučaju iznosi 0,2·10 -3 g/cm 3, što je nekoliko puta manje od gustoće zraka, jednako 1,3·10 -3 g/cm 3 (!).
Za Zemlju ( M=3 10 –6 M sunce) gravitacijski radijus je blizu 9 mm, a odgovarajuća kritična gustoća je monstruozno visoka: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3 , što je 13 redova veličine više od gustoće atomske jezgre.
Ako uzmemo neku zamišljenu sfernu prešu i sabijemo Zemlju, zadržavajući njezinu masu, onda kada smanjimo polumjer Zemlje (6370 km) za četiri puta, njezina druga izlazna brzina će se udvostručiti i postati jednaka 22,4 km/s. Ako Zemlju stisnemo tako da joj polumjer postane približno 9 mm, tada će druga kozmička brzina poprimiti vrijednost jednaku brzini svjetlosti c= 300000 km/s.
Nadalje, preša neće biti potrebna - Zemlja komprimirana na takve dimenzije već će se sama smanjiti. Na kraju će na mjestu Zemlje nastati crna rupa čiji će polumjer horizonta događaja biti blizu 9 mm (ako zanemarimo rotaciju formirane crne rupe). U realnim uvjetima, naravno, ne postoji super-moćna preša – gravitacija “radi”. Zato se crne rupe mogu formirati samo kada se unutrašnjosti vrlo masivnih zvijezda kolapsiraju, u kojima je gravitacija dovoljno jaka da stisne materiju do kritične gustoće.
Evolucija zvijezda
Crne rupe nastaju u završnim fazama evolucije masivnih zvijezda. Termonuklearne reakcije odvijaju se u dubinama običnih zvijezda, oslobađa se i održava ogromna energija toplina(desetke i stotine milijuna stupnjeva). Gravitacijske sile nastoje stisnuti zvijezdu, a sile pritiska vrućeg plina i zračenja suprotstavljaju se tom kompresiji. Stoga je zvijezda u hidrostatskoj ravnoteži.
Osim toga, zvijezda može biti u toplinskoj ravnoteži kada je oslobađanje energije uslijed termonuklearnih reakcija u njenom središtu točno jednako snazi koju zvijezda emitira s površine. Kako se zvijezda skuplja i širi, toplinska ravnoteža je poremećena. Ako zvijezda miruje, tada se njezina ravnoteža uspostavlja na način da je negativna potencijalna energija zvijezde (energija gravitacijske kontrakcije) uvijek dvostruko veća od toplinske energije u apsolutnoj vrijednosti. Zbog toga zvijezda ima nevjerojatno svojstvo - negativan toplinski kapacitet. Obična tijela imaju pozitivan toplinski kapacitet: zagrijani komad željeza, hladeći se, odnosno gubeći energiju, snižava svoju temperaturu. Kod zvijezde je suprotno: što više energije gubi u obliku zračenja, to postaje viša temperatura u njezinu središtu.
Ova čudna, na prvi pogled, značajka nalazi jednostavno objašnjenje: zvijezda, zračeći, polako se smanjuje. Kada se komprimira, potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju padajućih slojeva zvijezde, a njezina unutrašnjost se zagrijava. I Termalna energija, koju zvijezda dobiva kao rezultat kompresije, dvostruko je veća od energije koja se gubi u obliku zračenja. Kao rezultat, temperatura unutrašnjosti zvijezde raste, a provodi se kontinuirana termonuklearna fuzija. kemijski elementi. Na primjer, reakcija pretvaranja vodika u helij na trenutnom Suncu odvija se na temperaturi od 15 milijuna stupnjeva. Kada se nakon 4 milijarde godina sav vodik u središtu Sunca pretvori u helij, daljnja sinteza atoma ugljika iz atoma helija zahtijevat će mnogo višu temperaturu, oko 100 milijuna stupnjeva (električni naboj jezgri helija je dvostruko veći od vodika jezgre, a da bi se jezgre približile heliju na udaljenosti od 10–13 cm potrebna je mnogo viša temperatura). Upravo će ta temperatura biti osigurana zbog negativnog toplinskog kapaciteta Sunca do trenutka paljenja u njegovim dubinama termonuklearne reakcije pretvaranja helija u ugljik.
bijeli patuljci
Ako je masa zvijezde mala, tako da je masa njezine jezgre, pod utjecajem termonuklearnih transformacija, manja od 1,4 M Sunce, termonuklearna fuzija kemijskih elemenata može prestati zbog takozvane degeneracije plina elektrona u jezgri zvijezde. Konkretno, tlak degeneriranog plina ovisi o gustoći, ali ne ovisi o temperaturi, budući da je energija kvantnih gibanja elektrona mnogo veća od energije njihovog toplinskog gibanja.
Visoki tlak degeneriranog elektronskog plina učinkovito se suprotstavlja silama gravitacijske kontrakcije. Budući da tlak ne ovisi o temperaturi, gubitak energije zvijezde u obliku zračenja ne dovodi do kompresije njezine jezgre. Stoga se gravitacijska energija ne oslobađa kao dodatna toplina. Stoga se temperatura u evoluirajućoj degeneriranoj jezgri ne povećava, što dovodi do prekida lanca termonuklearnih reakcija.
Vanjska vodikova ljuska, na koju ne utječu termonuklearne reakcije, odvaja se od jezgre zvijezde i tvori planetarnu maglicu, koja svijetli u emisijskim linijama vodika, helija i drugih elemenata. Središnja kompaktna i relativno vruća jezgra evoluirane zvijezde male mase je bijeli patuljak - objekt polumjera radijusa Zemljinog (~ 10 4 km), s masom manjom od 1,4 M sunca i prosječne gustoće reda veličine tone po kubičnom centimetru. Bijeli patuljci se vide u u velikom broju. Ih ukupni broj u Galaksiji doseže 10 10 , odnosno oko 10% ukupne mase promatrane tvari u Galaksiji.
Termonuklearno izgaranje u degeneriranom bijelom patuljku može biti nestabilno i dovesti do nuklearna eksplozija dovoljno masivan bijeli patuljak s masom blizu takozvane Chandrasekharove granice (1,4 M Sunce). Takve eksplozije izgledaju kao eksplozije supernove tipa I, koje nemaju vodikove linije u spektru, već samo linije helija, ugljika, kisika i drugih teških elemenata.
neutronske zvijezde
Ako je jezgra zvijezde degenerirana, onda kako se njezina masa približava granici od 1,4 M sunce uobičajena degeneracija elektronskog plina u jezgri zamjenjuje se takozvanom relativističkom degeneracijom.
Kvantna kretanja degeneriranih elektrona postaju toliko brza da se njihove brzine približavaju brzini svjetlosti. U tom se slučaju smanjuje elastičnost plina, smanjuje se njegova sposobnost otpora silama gravitacije, a zvijezda doživljava gravitacijski kolaps. Tijekom kolapsa, elektrone zarobljavaju protoni, a materija se neutronizira. To dovodi do stvaranja masivne degenerirane jezgre neutronska zvijezda.
Ako početna masa jezgre zvijezde prelazi 1,4 M sunce , tada se u jezgri postiže visoka temperatura, a degeneracija elektrona se ne događa tijekom njezine evolucije. U ovom slučaju djeluje negativni toplinski kapacitet: kako zvijezda gubi energiju u obliku zračenja, temperatura u njezinim dubinama raste, a postoji kontinuirani lanac termonuklearnih reakcija koje pretvaraju vodik u helij, helij u ugljik, ugljik u kisik, i tako dalje, sve do elemenata željezne skupine. Reakcija termonuklearne fuzije jezgri elemenata težih od željeza, nije više s oslobađanjem, već s apsorpcijom energije. Stoga, ako masa jezgre zvijezde, koja se sastoji uglavnom od elemenata željezne skupine, prelazi Chandrasekharovu granicu od 1,4 M sunce , ali manje od takozvane Oppenheimer–Volkov granice ~3 M sunce , tada na kraju nuklearne evolucije zvijezde dolazi do gravitacijskog kolapsa jezgre, uslijed čega se vanjska vodikova ljuska zvijezde odbacuje, što se promatra kao eksplozija supernove tipa II, u spektru kojih se uočavaju snažne vodikove linije.
Kolaps željezne jezgre dovodi do stvaranja neutronske zvijezde.
Kada se masivna jezgra zvijezde koja je dostigla kasni stadij evolucije stisne, temperatura raste do gigantskih vrijednosti reda od milijardu stupnjeva, kada se jezgre atoma počnu raspadati na neutrone i protone. Protoni apsorbiraju elektrone, pretvaraju se u neutrone i emitiraju neutrine. Neutroni, prema Paulijevom kvantnomehaničkom principu, pod jakom kompresijom počinju se međusobno učinkovito odbijati.
Kada je masa kolapsirajuće jezgre manja od 3 M sunce , brzine neutrona su puno manje od brzine svjetlosti, a elastičnost materije, zbog učinkovitog odbijanja neutrona, može uravnotežiti sile gravitacije i dovesti do stvaranja stabilne neutronske zvijezde.
Prvi put mogućnost postojanja neutronskih zvijezda predvidio je 1932. izvanredni sovjetski fizičar Landau neposredno nakon otkrića neutrona u laboratorijskim pokusima. Polumjer neutronske zvijezde je blizu 10 km, njena prosječna gustoća je stotine milijuna tona po kubičnom centimetru.
Kada je masa zvjezdane jezgre u kolapsu veća od 3 M sunce , tada, prema postojećim idejama, nastala neutronska zvijezda, hladeći se, kolabira u crnu rupu. Kolaps neutronske zvijezde u crnu rupu također je olakšan obrnutim padom dijela omotača zvijezde koji je odbačen tijekom eksplozije supernove.
Neutronska zvijezda ima tendenciju brzog rotiranja, jer normalna zvijezda koja ju je rodila može imati značajan kutni moment. Kada se jezgro zvijezde sruši u neutronsku zvijezdu, karakteristične dimenzije zvijezde se smanjuju od R= 10 5 –10 6 km do R≈ 10 km. Kako se veličina zvijezde smanjuje, njen moment inercije se smanjuje. Za održavanje kutnog momenta, brzina aksijalne rotacije mora se naglo povećati. Na primjer, ako se Sunce, koje rotira s periodom od oko mjesec dana, komprimira na veličinu neutronske zvijezde, tada će se period rotacije smanjiti na 10 -3 sekunde.
Pojedinačne neutronske zvijezde s jakim magnetskim poljem manifestiraju se kao radio pulsari - izvori striktno periodičnih radioemisionih impulsa koji nastaju kada se energija brze rotacije neutronske zvijezde pretvara u usmjerenu radio emisiju. U binarnim sustavima, rastuće neutronske zvijezde pokazuju fenomen rendgenskog pulsara i rendgenskog burstera tipa 1.
Od crne rupe ne mogu se očekivati strogo periodične pulsacije zračenja, budući da crna rupa nema vidljivu površinu niti magnetsko polje. Kako fizičari često izražavaju, crne rupe nemaju "dlaku" - sva polja i sve nehomogenosti u blizini horizonta događaja zrače se tijekom formiranja crne rupe iz kolapsirajuće tvari u obliku struje gravitacijskih valova. Kao rezultat toga, formirana crna rupa ima samo tri karakteristike: masu, kutni moment i električni naboj. Zaboravljaju se sva pojedinačna svojstva tvari koja se kolabira tijekom stvaranja crne rupe: na primjer, crne rupe nastale od željeza i vode imaju, pod jednakim uvjetima, iste karakteristike.
Kao što Opća relativnost (GR) predviđa, zvijezde čija masa željeznog jezgra na kraju njihove evolucije prelazi 3 M sunce, doživjeti neograničenu kompresiju (relativistički kolaps) s formiranjem crne rupe. To se objašnjava činjenicom da su u općoj relativnosti gravitacijske sile koje nastoje stisnuti zvijezdu određene gustoćom energije, a pri ogromnim gustoćama tvari koje se postižu sabijanjem tako masivne jezgre zvijezde, glavni doprinos gustoći energije nije energijom mirovanja čestica, već energijom njihova gibanja i interakcije. Ispada da se u općoj relativnosti čini da pritisak materije pri vrlo visokim gustoćama "važi" sam sebe: što je veći tlak, to je veća gustoća energije i, posljedično, veće su gravitacijske sile koje teže sabijanju materije. Osim toga, pod jakim gravitacijskim poljima, učinci prostorno-vremenske zakrivljenosti postaju temeljno važni, što također pridonosi neograničenom kompresiji jezgre zvijezde i njezinoj transformaciji u crnu rupu (slika 3.).
Zaključno, napominjemo da crne rupe nastale u naše doba (na primjer, crna rupa u sustavu Cygnus X-1), strogo govoreći, nisu stopostotne crne rupe, jer zbog relativističkog usporavanja vremena za udaljeni promatrač, njihovi horizonti događaja još uvijek nisu formirani. Površine takvih zvijezda u kolapsu zemaljskom promatraču izgledaju kao zamrznute, približavajući se svojim horizontima događaja na beskonačno dugo vrijeme.
Da bi crne rupe iz takvih urušavajućih objekata u potpunosti nastale, na sve moramo čekati u nedogled veliko vrijeme postojanje našeg svemira. Treba, međutim, naglasiti da se već u prvim sekundama relativističkog kolapsa površina zvijezde u kolapsu za promatrača sa Zemlje približava vrlo blizu horizontu događaja i svi procesi na toj površini se beskonačno usporavaju.
Crna rupa je jedan od najmisterioznijih objekata u svemiru. Mnogi poznati znanstvenici, uključujući Alberta Einsteina, govorili su o mogućnosti postojanja crnih rupa. Crne rupe svoje ime duguju američkom astrofizičaru Johnu Wheeleru. Postoje dvije vrste crnih rupa u svemiru. Prva su masivne crne rupe - ogromna tijela čija je masa milijune puta veća od mase Sunca. Takvi se objekti, kako sugeriraju znanstvenici, nalaze u središtu galaksija. U središtu naše Galaksije postoji i divovska crna rupa. Znanstvenici još nisu uspjeli otkriti razloge za pojavu tako ogromnih kozmičkih tijela.
Točka gledišta
Moderna znanost podcjenjuje važnost koncepta "energije vremena", koji je u znanstvenu upotrebu uveo sovjetski astrofizičar N.A. Kozyrev.
Finalizirali smo ideju energije vremena, kao rezultat toga, pojavila se nova filozofska teorija - "idealni materijalizam". Ova teorija pruža alternativno objašnjenje za prirodu i strukturu crnih rupa. Crne rupe u teoriji idealnog materijalizma igraju ključnu ulogu, a posebno u procesima nastanka i ravnoteže vremenske energije. Teorija objašnjava zašto se supermasivne crne rupe nalaze u središtima gotovo svih galaksija. Na stranici će se moći upoznati s ovom teorijom, ali nakon odgovarajuće pripreme. vidi materijale stranice).
Područje u prostoru i vremenu čije je privlačenje gravitacije toliko snažno da ga ne mogu napustiti ni objekti koji se kreću brzinom svjetlosti, naziva se Crna rupa. Granica crne rupe naziva se konceptom "horizonta događaja", a njezina veličina - radijusom gravitacije. U najjednostavnijem slučaju, jednak je Schwarzschildovom polumjeru.
Činjenica da je postojanje crnih rupa teoretski moguće može se dokazati iz nekih Einsteinovih točnih jednadžbi. Prvi od njih dobio je 1915. isti Karl Schwarzschild. Nije poznato tko je prvi izmislio pojam. Može se samo reći da je sama oznaka fenomena popularizirana zahvaljujući Johnu Archibaldu Wheeleru, koji je prvi objavio predavanje “Naš svemir: poznato i nepoznato (Naš svemir: poznato i nepoznato)”, gdje je i korišteno. Mnogo ranije, ti su objekti nazivani "srušene zvijezde" ili "kolapseri".
Pitanje postoje li crne rupe stvarno povezano je sa stvarnim postojanjem gravitacije. NA moderna znanost Najrealističnija teorija gravitacije je opća teorija relativnosti, koja jasno definira mogućnost postojanja crnih rupa. No, ipak je njihovo postojanje moguće i u okviru drugih teorija, pa se podaci neprestano analiziraju i tumače.
Izjavu o postojanju stvarno postojećih crnih rupa treba shvatiti kao potvrdu postojanja gustih i masivnih astronomskih objekata, koji se mogu tumačiti kao crne rupe teorije relativnosti. Osim ovoga, do sličan fenomen zvijezde se mogu pripisati kasnim fazama kolapsa. Moderni astrofizičari ne pridaju važnost razlici između takvih zvijezda i pravih crnih rupa.
Znaju to mnogi od onih koji su studirali ili još studiraju astronomiju što je crna rupa i odakle dolazi. Ali ipak, za obični ljudi Za one koje ovo posebno ne zanima, ukratko ću sve objasniti.
Crna rupa- ovo je određeno područje u prostoru prostora ili čak vremena u njemu. Samo što ovo nije obično područje. Ima vrlo jaku gravitaciju (privlačnost). Štoviše, toliko je jak da nešto ne može izaći iz crne rupe ako tamo stigne! Čak ni sunčeve zrake ne mogu izbjeći pad u crnu rupu ako prođe u blizini. Iako, budite svjesni da se sunčeve zrake (svjetlo) kreću brzinom svjetlosti – 300.000 km/sek.
Prije su se crne rupe nazivale drugačije: kolapsari, kolapsirane zvijezde, smrznute zvijezde i tako dalje. Zašto? Jer crne rupe stvaraju mrtve zvijezde.
Činjenica je da kada zvijezda iscrpi svu svoju energiju, ona postaje vrlo vrući div, i kao rezultat toga, eksplodira. Njegova se jezgra, s određenom vjerojatnošću, može vrlo snažno smanjiti. I to nevjerojatnom brzinom. U nekim slučajevima nakon eksplozije zvijezde nastaje crna, nevidljiva rupa, koja proždire sve što joj se nađe na putu. Svi objekti koji se čak kreću brzinom svjetlosti.
Crnu rupu nije briga koje objekte apsorbira. Moglo bi biti kao svemirski brodovi i zrake sunca. Nije važno koliko se brzo objekt kreće. Crnu rupu također nije briga kolika je masa objekta. Može progutati sve, od kozmičkih mikroba ili prašine pa sve do samih zvijezda.
Nažalost, nitko još nije shvatio što se događa unutar crne rupe. Neki sugeriraju da se predmet koji upadne u crnu rupu lomi nevjerojatnom snagom. Drugi vjeruju da izlazak iz crne rupe može dovesti do drugog, nekakvog drugog svemira. Drugi pak vjeruju da (najvjerojatnije) ako idete od ulaza do izlaza iz crne rupe, ona vas jednostavno može baciti u drugi dio svemira.
Crna rupa u svemiru
Crna rupa- ovo je svemirski objekt nevjerojatne gustoće, koja posjeduje apsolutnu gravitaciju, tako da svako kozmičko tijelo, pa čak i sam prostor i vrijeme, apsorbira.
Crne rupe upravljati sobom evolucija svemira. oni su na središnjem mjestu, ali ih ne možete vidjeti, možete pronaći njihove znakove. Iako crne rupe imaju sposobnost uništavanja, one također pomažu u izgradnji galaksija.
Neki znanstvenici vjeruju da Crne rupe su vrata do paralelni svemiri. što bi moglo biti. Postoji mišljenje da crne rupe imaju suprotno, tzv bijele rupe . ima antigravitacijske osobine.
Crna rupa rođen je unutar najvećih zvijezda, kada umru, sila gravitacije ih uništava, što dovodi do snažna eksplozija supernova.
Postojanje crnih rupa predvidio je Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild prvi je primijenio Einsteinovu opću teoriju relativnosti kako bi opravdao postojanje "točke bez povratka". Sam Einstein nije razmišljao o crnim rupama, iako njegova teorija omogućuje predviđanje njihovog postojanja.
Schwarzschild je dao svoj prijedlog 1915., netom nakon što je Einstein objavio svoju opću teoriju relativnosti. Tada je nastao pojam "Schwarzschildov radijus", vrijednost koja vam govori koliko morate komprimirati objekt da bi postao crna rupa.
Teoretski, sve može postati crna rupa, ako se ima dovoljno kompresije. Što je objekt gušći, to je gravitacijsko polje koje stvara jače. Na primjer, Zemlja bi postala crna rupa kada bi objekt veličine kikirikija imao svoju masu.
Izvori: www.alienguest.ru, cosmos-online.ru, kak-prosto.net, nasha-vselennaya.ru, www.qwrt.ru
NASA: bit će stvoren vremeplov
Projekt ExoMars
Atlantida u Bermudskom trokutu
Teutonski vitezovi
Pa na poluotoku Kola
Patuljasta zemlja
Svaka osoba u djetinjstvu sanjala je da bude u bajci. U jednom od parkova u Njemačkoj možete se osjećati kao Snjeguljica među sedam...
Tajne svemira i svijeta oko nas
Prema NASA-inim znanstvenicima. Suprotno uvriježenom mišljenju, ako osoba uđe u svemir bez zaštitnog skafandera, osoba se neće smrznuti, neće eksplodirati i...
Neobjašnjivi nalazi
Ponekad, pod različitim okolnostima u različitim dijelovima svijeta, ljudi pronalaze predmete koji se nazivaju neidentificirani fosilni objekti (artefakti). već imam...
Borite se protiv iskušenja. Kristovo iskušenje u pustinji
Borba protiv iskušenja Svatko od nas je čuo riječ "". Iskušenje znači pojavu okolnosti u životu osobe koje ga tjeraju da učini...
Anomalna zona Tihog oceana
Ocean krije mnoge tajne, ali jedna od njih potpuno zbuni čak i iskusne oceanologe. U datom trenutku...
crna rijeka
Poznatiji Loch Ness ispao je mnogo više široke mogućnosti tražiti stvorenja poput čudovišta Nessie u drugim zemljama. ...
Crne rupe - možda najtajanstveniji i najzagonetniji astronomski objekti u našem Svemiru, od svog su otkrića privukli pažnju stručnjaka i uzbuđuju maštu pisaca znanstvene fantastike. Što su crne rupe i kako izgledaju? Crne rupe su ugašene zvijezde, zbog svojih fizičke značajke, koji imaju takve visoka gustoća a gravitacija tako snažna da ni svjetlost ne može pobjeći.
Povijest otkrića crnih rupa
Po prvi put, teorijsko postojanje crnih rupa, mnogo prije njihovog stvarnog otkrića, sugerirao je netko D. Michel (engleski svećenik iz Yorkshirea, koji je ljubitelj astronomije u slobodno vrijeme) još 1783. godine. Prema njegovim proračunima, ako uzmemo naš i komprimiramo ga (modernim računalnim jezikom, arhiviramo) na polumjer od 3 km, nastaje tako velika (baš ogromna) gravitacijska sila da je ne može napustiti ni svjetlost. Tako se pojavio koncept “crne rupe”, iako zapravo uopće nije crna, po našem mišljenju prikladniji bi bio izraz “tamna rupa”, jer se upravo događa odsutnost svjetla.
Kasnije, 1918., veliki znanstvenik Albert Einstein pisao je o pitanju crnih rupa u kontekstu teorije relativnosti. No tek 1967. godine, trudom američkog astrofizičara Johna Wheelera, koncept crnih rupa konačno je izborio mjesto u akademskim krugovima.
Kako god bilo, i D. Michel, i Albert Einstein, i John Wheeler u svojim su djelima pretpostavljali samo teorijsko postojanje ovih tajanstvenih nebeskih objekata u svemiru, međutim, pravo otkriće crnih rupa dogodilo se 1971. godine. zatim da su prvi put uočeni u svemiru.teleskop.
Ovako izgleda crna rupa.
Kako nastaju crne rupe u svemiru?
Kao što znamo iz astrofizike, sve zvijezde (uključujući naše Sunce) imaju ograničenu količinu goriva. I premda život zvijezde može trajati milijarde svjetlosnih godina, prije ili kasnije ovoj uvjetnoj opskrbi gorivom dolazi kraj, a zvijezda se "ugasi". Proces "izumiranja" zvijezde popraćen je intenzivnim reakcijama, tijekom kojih zvijezda prolazi kroz značajnu transformaciju i, ovisno o svojoj veličini, može se pretvoriti u bijeli patuljak, neutronsku zvijezdu ili crnu rupu. Štoviše, najveće zvijezde, koje imaju nevjerojatno impresivne dimenzije, obično se pretvaraju u crnu rupu - zbog kompresije tih najnevjerojatnijih veličina dolazi do višestrukog povećanja mase i gravitacijske sile novonastale crne rupe, koja se pretvara u crnu rupu. vrsta galaktičkog usisavača - upija sve i sve oko sebe.
Crna rupa proguta zvijezdu.
Mala napomena - naše Sunce, po galaktičkim standardima, uopće nije velika zvijezda a nakon izumiranja, koje će se dogoditi za otprilike nekoliko milijardi godina, najvjerojatnije se neće pretvoriti u crnu rupu.
Ali budimo iskreni s vama - danas znanstvenici još ne znaju sve zamršenosti formiranja crne rupe, nedvojbeno je to iznimno složen astrofizički proces, koji sam po sebi može trajati milijune svjetlosnih godina. Iako je moguće kretati se u tom smjeru, otkrivanje i naknadno proučavanje takozvanih međucrnih rupa, odnosno zvijezda koje su u stanju izumiranja, u kojima se odvija aktivan proces stvaranja crnih rupa, moglo bi biti napravljen. Inače, sličnu zvijezdu astronomi su otkrili 2014. godine u kraku spiralne galaksije.
Koliko crnih rupa postoji u svemiru
Prema teorijama modernih znanstvenika u našoj galaksiji mliječna staza Može postojati i do stotine milijuna crnih rupa. Možda ih nema manje ni u galaksiji pored nas, do koje nema što odletjeti iz naše Mliječne staze – 2,5 milijuna svjetlosnih godina.
Teorija crnih rupa
Unatoč ogromnoj masi (koja je stotine tisuća puta veća od mase našeg Sunca) i nevjerojatnoj snazi gravitacije, crne rupe nije bilo lako vidjeti kroz teleskop, jer one uopće ne emitiraju svjetlost. Znanstvenici su uspjeli primijetiti crnu rupu tek u trenutku njenog "obroka" - apsorpcije druge zvijezde, u ovom trenutku se pojavljuje karakteristično zračenje koje se već može promatrati. Tako je teorija crne rupe našla stvarnu potvrdu.
Svojstva crnih rupa
Glavno svojstvo crne rupe su njezina nevjerojatna gravitacijska polja, koja ne dopuštaju okolnom prostoru i vremenu da ostanu u svom uobičajenom stanju. Da, dobro ste čuli, vrijeme unutar crne rupe teče mnogo puta sporije nego inače, a da ste bili tamo, onda biste se vraćajući nazad (da ste imali sreće, naravno) iznenadili kad biste primijetili da su na Zemlji prošla stoljeća, a nećeš ni ostarjeti imati vremena. Iako, budimo iskreni, da ste unutar crne rupe, teško da biste preživjeli, jer je tamo gravitacijska sila takva da bi se bilo koji materijalni objekt jednostavno rastrgnuo, čak ni na dijelove, na atome.
Ali da ste čak i blizu crne rupe, u granicama njezina gravitacijskog polja, tada bi i vama bilo teško, jer što ste se više opirali njezinoj gravitaciji, pokušavajući odletjeti, brže biste u nju upali. Razlog za ovaj naizgled paradoks je gravitacijsko vrtložno polje, koje posjeduju sve crne rupe.
Što ako osoba upadne u crnu rupu
Isparavanje crnih rupa
engleski astronom S. Hawking otkrio zanimljiva činjenica: čini se da crne rupe također isparavaju. Istina, to se odnosi samo na rupe relativno male mase. Snažna gravitacija oko njih stvara parove čestica i antičestica, jednu od njih rupa povlači unutra, a drugu izbacuje prema van. Dakle, crna rupa zrači tvrde antičestice i gama zrake. Ovo isparavanje ili zračenje iz crne rupe nazvano je po znanstveniku koji ju je otkrio – “Hawkingovo zračenje”.
Najveća crna rupa
Prema teoriji crnih rupa, u središtu gotovo svih galaksija nalaze se ogromne crne rupe s masama od nekoliko milijuna do nekoliko milijardi solarnih masa. I relativno nedavno, znanstvenici su otkrili dvije najveće crne rupe poznate do danas, one se nalaze u dvije obližnje galaksije: NGC 3842 i NGC 4849.
NGC 3842 je najsjajnija galaksija u zviježđu Lava, koja se nalazi na udaljenosti od 320 milijuna svjetlosnih godina od nas. U njegovom središtu nalazi se ogromna crna rupa s masom od 9,7 milijardi solarnih masa.
NGC 4849 je galaksija u skupu Coma, udaljena 335 milijuna svjetlosnih godina, s jednako impresivnom crnom rupom.
Zone djelovanja gravitacijskog polja ovih divovskih crnih rupa, ili u akademskim terminima, njihov horizont događaja, je oko 5 puta veći od udaljenosti od Sunca do! Takva crna rupa bi pojela naše Sunčev sustav a ne bi se ni trgnuo.
Najmanja crna rupa
Ali u velikoj obitelji crnih rupa postoje vrlo mali predstavnici. Dakle, najveća patuljasta crna rupa koju su znanstvenici otkrili u ovom trenutku u svojoj masi je samo 3 puta veća od mase našeg Sunca. Zapravo, to je teoretski minimum potreban za nastanak crne rupe, da je ta zvijezda malo manja, rupa se ne bi stvorila.
Crne rupe su kanibali
Da, postoji takav fenomen, kao što smo gore napisali, crne rupe su svojevrsni "galaktički usisivači" koji upijaju sve oko sebe, uključujući ... druge crne rupe. Nedavno su astronomi otkrili da crnu rupu iz jedne galaksije jede drugi veliki crni proždrljivac iz druge galaksije.
- Prema hipotezama nekih znanstvenika, crne rupe nisu samo galaktički usisivači koji usisavaju sve u sebe, već pod određenim okolnostima i same mogu generirati nove svemire.
- Crne rupe s vremenom mogu ispariti. Gore smo napisali da je engleski znanstvenik Stephen Hawking otkrio da crne rupe imaju svojstvo zračenja i da nakon nekog jako dugog vremenskog razdoblja, kada više nema ništa što bi apsorbiralo okolo, crna rupa će početi više isparavati, dok na kraju ne odaje svu svoju masu u okolni prostor. Iako je ovo samo pretpostavka, hipoteza.
- Crne rupe usporavaju vrijeme i savijaju prostor. O dilataciji vremena već smo pisali, ali će prostor u uvjetima crne rupe biti potpuno zakrivljen.
- Crne rupe ograničavaju broj zvijezda u svemiru. Naime, njihova gravitacijska polja sprječavaju hlađenje oblaka plina u svemiru iz kojih se, kao što znate, rađaju nove zvijezde.
Crne rupe na Discovery Channelu, video
I za kraj, nudimo vam zanimljiv znanstveni dokumentarac o crnim rupama s kanala Discovery.
Kako za znanstvenike prošlih stoljeća, tako i za istraživače našeg vremena, najveća misterija svemira je crna rupa. Što se nalazi unutar ovog za fiziku potpuno nepoznatog sustava? Koji zakoni tamo vrijede? Kako vrijeme prolazi u crnoj rupi i zašto iz nje ne mogu pobjeći niti svjetlosni kvanti? Sada ćemo pokušati, naravno, s gledišta teorije, a ne prakse, razumjeti što se nalazi unutar crne rupe, zašto je, u principu, nastala i postoji, kako privlači predmete koji je okružuju.
Prvo, opišimo ovaj objekt.
Dakle, određeno područje svemira u svemiru naziva se crna rupa. Nemoguće ga je izdvojiti kao zasebnu zvijezdu ili planet, budući da nije ni čvrsto ni plinovito tijelo. Bez osnovnog razumijevanja što je prostor-vrijeme i kako se te dimenzije mogu mijenjati, nemoguće je shvatiti što se nalazi unutar crne rupe. Činjenica je da ovo područje nije samo prostorna cjelina. što iskrivljuje i tri nama poznate dimenzije (dužina, širina i visina) i vremensku liniju. Znanstvenici su sigurni da u području horizonta (tzv. područje koje okružuje rupu) vrijeme poprima prostorno značenje i može se kretati i naprijed i natrag.
Naučite tajne gravitacije
Ako želimo razumjeti što se nalazi unutar crne rupe, detaljno ćemo razmotriti što je gravitacija. Upravo je ovaj fenomen ključan za razumijevanje prirode takozvanih "crvotočina" iz kojih ne može pobjeći ni svjetlost. Gravitacija je interakcija između svih tijela koja imaju materijalnu osnovu. Jačina takve gravitacije ovisi o molekularnom sastavu tijela, o koncentraciji atoma, a također i o njihovom sastavu. Što se više čestica kolabira u određenom području prostora, to je veća gravitacijska sila. To je neraskidivo povezano s teorijom velikog praska, kada je naš svemir bio veličine zrna graška. Bilo je to stanje maksimalne singularnosti, a kao rezultat bljeska svjetlosnih kvanta, prostor se počeo širiti zbog činjenice da su se čestice međusobno odbijale. Upravo suprotno znanstvenici opisuju kao crnu rupu. Što je unutar takve stvari prema TBZ-u? Singularnost, koja je jednaka pokazateljima svojstvenim našem Svemiru u vrijeme njegovog rođenja.
Kako materija ulazi u crvotočinu?
Postoji mišljenje da osoba nikada neće moći razumjeti što se događa unutar crne rupe. Budući da će ga, jednom tamo, doslovno smrskati gravitacija i gravitacija. Zapravo to nije istina. Da, doista, crna rupa je područje singularnosti, gdje je sve maksimalno komprimirano. Ali ovo uopće nije "svemirski usisavač" koji je sposoban uvući sve planete i zvijezde u sebe. Svaki materijalni objekt koji se nalazi na horizontu događaja primijetit će snažno izobličenje prostora i vremena (do sada su te jedinice odvojene). Euklidski sustav geometrije počet će posustajati, drugim riječima, križat će se, obrisi stereometrijskih likova prestat će biti poznati. Što se tiče vremena, ono će se postupno usporavati. Što se više približavate rupi, sat će ići sporije u odnosu na zemaljsko vrijeme, ali to nećete primijetiti. Kada udari u "crvotočinu", tijelo će pasti nultom brzinom, ali ova jedinica će biti jednaka beskonačnosti. zakrivljenost, koja izjednačava beskonačno s nulom, što konačno zaustavlja vrijeme u području singularnosti.
Reakcija na emitirano svjetlo
Jedini objekt u svemiru koji privlači svjetlost je crna rupa. Što je unutar njega i u kakvom je obliku, ne zna se, ali smatraju da je to mrkli mrak, što je nemoguće zamisliti. Svjetlosni kvanti, došavši tamo, ne samo tako nestaju. Njihova se masa množi s masom singulariteta, što ga čini još većim i uvećava.Tako, ako upalite svjetiljku unutar crvotočine da pogledate okolo, ona neće svijetliti. Emitirani kvanti stalno će se množiti s masom rupe, a vi ćete, grubo rečeno, samo pogoršati svoju situaciju.
Crne rupe posvuda
Kao što smo već shvatili, osnova obrazovanja je gravitacija, čija je vrijednost milijune puta veća nego na Zemlji. Točno predstavljanje o tome što je crna rupa, svijetu je dao Karl Schwarzschild, koji je, zapravo, otkrio sam horizont događaja i točku bez povratka, a također je ustanovio da je nula u stanju singularnosti jednaka beskonačnosti. Po njegovom mišljenju, crna rupa može nastati bilo gdje u svemiru. U tom slučaju, određeni materijalni objekt koji ima sferni oblik mora doseći gravitacijski radijus. Na primjer, masa našeg planeta mora stati u volumen jednog graška da bi postala crna rupa. A Sunce bi sa svojom masom trebalo imati promjer od 5 kilometara - tada će njegovo stanje postati jedinstveno.
Novi horizont formiranja svijeta
Zakoni fizike i geometrije savršeno funkcioniraju na zemlji iu njoj otvoreni prostor, gdje se prostor približava vakuumu. Ali oni potpuno gube svoj značaj na horizontu događaja. Zato je, s matematičke točke gledišta, nemoguće izračunati što se nalazi unutar crne rupe. Slike do kojih možete doći ako savijete prostor u skladu s našim predodžbama o svijetu zasigurno su daleko od istine. Utvrđeno je tek da se vrijeme ovdje pretvara u prostornu cjelinu te se, najvjerojatnije, postojećim pridodaje još neke dimenzije. To omogućuje vjerovanje da se unutar crne rupe formiraju potpuno različiti svjetovi (fotografija, kao što znate, to neće pokazati, budući da se svjetlost tamo jede). Ovi svemiri mogu biti sastavljeni od antimaterije, što znanstvenicima trenutno nije poznato. Postoje i verzije da je sfera bez povratka samo portal koji vodi ili u drugi svijet ili u druge točke u našem Svemiru.
Rođenje i smrt
Mnogo je više od postojanja crne rupe njezino rođenje ili nestanak. Sfera koja iskrivljuje prostor-vrijeme, kako smo već saznali, nastaje kao rezultat kolapsa. To može biti eksplozija velike zvijezde, sudar dvaju ili više tijela u svemiru i tako dalje. Ali kako je materija, koja se teoretski mogla osjetiti, postala područje izobličenja vremena? Slagalica je u tijeku. No, nakon toga slijedi drugo pitanje – zašto takve sfere bez povratka nestaju? A ako crne rupe ispare, zašto onda ta svjetlost i sva kozmička materija koju su povukli ne izađu iz njih? Kada se materija u zoni singulariteta počne širiti, gravitacija se postupno smanjuje. Kao rezultat toga, crna rupa se jednostavno otapa, a obični vakuumski svemirski prostor ostaje na svom mjestu. Iz ovoga slijedi još jedna misterija – kamo je nestalo sve što je u njega ušlo?
Gravitacija - naš ključ za sretnu budućnost?
Istraživači su uvjereni da energetsku budućnost čovječanstva može oblikovati crna rupa. Što se nalazi unutar ovog sustava još uvijek nije poznato, ali je bilo moguće utvrditi da se na horizontu događaja svaka tvar pretvara u energiju, ali, naravno, djelomično. Na primjer, osoba, koja se nalazi blizu točke bez povratka, dat će 10 posto svoje materije za njezinu preradu u energiju. Ova brojka je jednostavno kolosalna, postala je senzacija među astronomima. Činjenica je da se na Zemlji, kada se materija preradi u energiju za samo 0,7 posto.
S. TRANKOVSKY
Među najvažnije i najzanimljivije probleme moderne fizike i astrofizike akademik VL Ginzburg je naveo pitanja vezana za crne rupe (vidi Znanost i život, br. 11, 12, 1999.). Postojanje ovih čudnih objekata predviđeno je prije više od dvjesto godina, uvjeti koji su doveli do njihovog nastanka precizno su izračunati krajem 30-ih godina XX. stoljeća, a astrofizika se s njima uhvatila u koštac prije manje od četrdeset godina. Danas znanstvenih časopisa diljem svijeta svake godine objavljuju tisuće članaka o crnim rupama.
Nastanak crne rupe može se dogoditi na tri načina.
Tako je uobičajeno prikazati procese koji se odvijaju u blizini crne rupe koja se urušava. Kako vrijeme prolazi (Y), prostor (X) oko njega (zasjenjeno područje) se smanjuje prema singularnosti.
Gravitacijsko polje crne rupe unosi snažna izobličenja u geometriju prostora.
Crna rupa, nevidljiva kroz teleskop, otkriva se samo svojim gravitacijskim utjecajem.
U snažnom gravitacijskom polju crne rupe rađaju se parovi čestica-antičestica.
Rođenje para čestica-antičestica u laboratoriju.
KAKO SE POJAVA
Svjetleće nebesko tijelo gustoće jednake Zemljinoj i promjera dvjesto pedeset puta većeg od promjera Sunca, zbog sile svog privlačenja, neće dopustiti svojoj svjetlosti da dopre do nas. Dakle, moguće je da najveća svjetleća tijela u svemiru, upravo zbog svoje veličine, ostanu nevidljiva.
Pierre Simon Laplace.
Predstavljanje sustava svijeta. 1796. godine
Godine 1783. engleski matematičar John Mitchell, a trinaest godina kasnije neovisno o njemu, francuski astronom i matematičar Pierre Simon Laplace proveli su vrlo čudnu studiju. Razmatrali su uvjete pod kojima svjetlost ne bi mogla napustiti zvijezdu.
Logika znanstvenika bila je jednostavna. Za bilo koji astronomski objekt (planet ili zvijezda) možete izračunati takozvanu brzinu bijega, odnosno drugu kozmička brzina, što omogućuje svakom tijelu ili čestici da ga zauvijek napusti. A u tadašnjoj fizici vladala je Newtonova teorija prema kojoj je svjetlost tok čestica (prije teorije Elektromagnetski valovi a ostalo je još gotovo sto pedeset godina). Brzina bijega čestica može se izračunati na temelju jednakosti potencijalna energija na površini planeta i kinetička energija tijela, "pobjegla" na beskonačno veliku udaljenost. Ova je brzina određena formulom #1#
gdje M je masa svemirskog objekta, R je njegov polumjer, G je gravitacijska konstanta.
Odavde se lako dobiva polumjer tijela određene mase (kasnije nazvan "gravitacijski radijus". r g"), pri kojoj je brzina bijega jednaka brzini svjetlosti:
To znači da je zvijezda komprimirana u kuglu polumjera r g< 2GM/c 2 će prestati emitirati - svjetlost ga neće moći napustiti. U svemiru će se pojaviti crna rupa.
Lako je izračunati da će se Sunce (njegova masa je 2,1033 g) pretvoriti u crnu rupu ako se skupi na polumjer od oko 3 kilometra. Gustoća njegove tvari u ovom će slučaju doseći 10 16 g/cm 3 . Polumjer Zemlje, komprimiran u stanje crne rupe, smanjio bi se na oko jedan centimetar.
Činilo se nevjerojatnim da se u prirodi mogu naći sile koje bi mogle komprimirati zvijezdu do tako beznačajne veličine. Stoga su se zaključci iz rada Mitchella i Laplacea više od stotinu godina smatrali nečim poput matematičkog paradoksa koji nema fizičko značenje.
Strogi matematički dokaz da je takav egzotični objekt u svemiru moguć dobiven je tek 1916. godine. Njemački astronom Karl Schwarzschild, nakon analize jednadžbi opća teorija relativnosti Alberta Einsteina, dobio je zanimljiv rezultat. Proučavajući gibanje čestice u gravitacijskom polju masivnog tijela, došao je do zaključka da jednadžba gubi svoje fizičko značenje (njeno rješenje ide u beskonačnost) kada r= 0 i r = r g.
Točke u kojima karakteristike polja gube svoje značenje nazivaju se singularne, odnosno posebne. Singularnost u nultoj točki odražava točku, ili, što je isto, centralno simetričnu strukturu polja (uostalom, svako sferno tijelo - zvijezda ili planet - može se predstaviti kao materijalna točka). I točke koje se nalaze na sfernoj površini s polumjerom r g , tvore samu površinu s koje je izlazna brzina jednaka brzini svjetlosti. U općoj teoriji relativnosti naziva se Schwarzschildova singularna sfera ili horizont događaja (zašto - kasnije će biti jasno).
Već na primjeru nama poznatih objekata – Zemlje i Sunca – jasno je da su crne rupe vrlo čudni objekti. Čak i astronomi koji se bave materijom pri ekstremnim temperaturama, gustoći i tlaku smatraju ih vrlo egzotičnima, a donedavno nisu svi vjerovali u njihovo postojanje. Međutim, prve naznake mogućnosti nastanka crnih rupa sadržane su već u općoj teoriji relativnosti A. Einsteina, stvorenoj 1915. godine. Engleski astronom Arthur Eddington, jedan od prvih tumača i popularizatora teorije relativnosti, tridesetih je godina prošlog stoljeća izveo sustav jednadžbi koji opisuje unutarnja struktura zvijezde. Iz njih proizlazi da je zvijezda u ravnoteži pod djelovanjem suprotno usmjerenih gravitacijskih sila i unutarnjeg tlaka nastalog gibanjem čestica vruće plazme unutar svjetiljke i pritiskom zračenja koje nastaje u njezinim dubinama. A to znači da je zvijezda plinska kugla, u čijem se središtu nalazi visoka temperatura, koja se postupno smanjuje prema periferiji. Iz jednadžbi je, posebno, proizlazilo da je površinska temperatura Sunca oko 5500 stupnjeva (što je sasvim u skladu s podacima astronomskih mjerenja), a u njegovom središtu bi trebalo biti oko 10 milijuna stupnjeva. To je omogućilo Eddingtonu da donese proročki zaključak: na takvoj temperaturi se "zapali" termonuklearna reakcija, dovoljna da osigura sjaj Sunca. Atomski fizičari tog vremena nisu se složili s tim. Činilo im se da je u utrobi zvijezde previše "hladno": temperatura je tamo bila nedovoljna da bi reakcija "otišla". Na to je bijesni teoretičar odgovorio: "Potražite toplije mjesto!"
I na kraju se ispostavilo da je bio u pravu: termonuklearna reakcija se doista događa u središtu zvijezde (druga stvar je da se takozvani "standardni solarni model", zasnovan na idejama o termonuklearnoj fuziji, očito pokazao kao biti netočan - vidi npr. "Znanost i život" br. 2, 3, 2000.). Ipak, reakcija u središtu zvijezde se odvija, zvijezda svijetli, a zračenje koje nastaje u ovom slučaju održava je u stabilnom stanju. Ali sada nuklearno "gorivo" u zvijezdi izgara. Oslobađanje energije prestaje, zračenje se gasi, a sila koja zadržava gravitacijsko privlačenje nestaje. Postoji ograničenje mase zvijezde, nakon čega se zvijezda počinje nepovratno smanjivati. Proračuni pokazuju da se to događa ako masa zvijezde premašuje dvije ili tri solarne mase.
GRAVITACIJSKI KOLAPS
Isprva je brzina kontrakcije zvijezde mala, ali njezina brzina kontinuirano raste, budući da je sila privlačenja obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti. Kompresija postaje nepovratna, nema sila koje bi mogle suprotstaviti vlastitu gravitaciju. Taj se proces naziva gravitacijski kolaps. Brzina ljuske zvijezde prema njenom središtu raste, približavajući se brzini svjetlosti. I ovdje učinci teorije relativnosti počinju igrati ulogu.
Brzina bijega izračunata je na temelju Newtonovih ideja o prirodi svjetlosti. Sa stajališta opće relativnosti, pojave u blizini zvijezde u kolapsu javljaju se nešto drugačije. U njegovom snažnom gravitacijskom polju događa se takozvani gravitacijski crveni pomak. To znači da je frekvencija zračenja koja dolazi od masivnog objekta pomaknuta prema niskim frekvencijama. U granici, na granici Schwarzschildove sfere, frekvencija zračenja postaje jednaka nuli. Odnosno, promatrač koji je izvan njega neće moći saznati ništa o tome što se događa unutra. Zato se Schwarzschildova sfera naziva horizontom događaja.
Ali smanjenje frekvencije je jednako usporavanju vremena, a kada frekvencija postane nula, vrijeme se zaustavlja. To znači da će vanjski promatrač vidjeti vrlo čudnu sliku: ljuska zvijezde koja pada sve većim ubrzanjem, umjesto da postigne brzinu svjetlosti, staje. S njegove točke gledišta, kontrakcija će prestati čim se veličina zvijezde približi gravitacijskom radijusu
brkovi. Nikada neće vidjeti niti jednu česticu kako "roni" ispod Schwarzschildove sfere. Ali za hipotetičkog promatrača koji padne u crnu rupu, sve će završiti za nekoliko trenutaka prema njegovom satu. Tako će vrijeme gravitacijskog kolapsa zvijezde veličine Sunca biti 29 minuta, a mnogo gušće i kompaktnije neutronske zvijezde - samo 1/20 000 sekunde. I evo ga u nevolji, povezanoj s geometrijom prostor-vremena u blizini crne rupe.
Promatrač ulazi u zakrivljeni prostor. U blizini gravitacijskog radijusa, gravitacijske sile postaju beskonačno velike; razvlače raketu s astronautom-promatračem u beskonačno tanku nit beskonačne duljine. Ali on sam to neće primijetiti: sve njegove deformacije odgovarat će izobličenjima prostorno-vremenskih koordinata. Ova se razmatranja, naravno, odnose na idealan, hipotetski slučaj. Svako pravo tijelo bit će rastrgnuto plimskim silama mnogo prije nego što se približi Schwarzschildovoj sferi.
DIMENZIJE CRNE RUPE
Veličina crne rupe, točnije, polumjer Schwarzschildove sfere proporcionalan je masi zvijezde. A budući da astrofizika ne nameće nikakva ograničenja na veličinu zvijezde, crna rupa može biti proizvoljno velika. Kada bi, na primjer, nastao tijekom kolapsa zvijezde s masom od 10 8 solarnih masa (ili zbog spajanja stotina tisuća, ili čak milijuna relativno malih zvijezda), njezin bi polumjer bio oko 300 milijuna kilometara, dva puta više od Zemljine orbite. A prosječna gustoća tvari takvog diva bliska je gustoći vode.
Očigledno se upravo takve crne rupe nalaze u središtima galaksija. U svakom slučaju, astronomi danas broje pedesetak galaksija u čijem se središtu, sudeći prema neizravnim znakovima (o njima ćemo u nastavku), nalaze crne rupe mase od oko milijardu (10 9) solarnih. Očito i naša galaksija ima svoju crnu rupu; njegova je masa prilično točno procijenjena - 2,4. 10 6 ±10% mase Sunca.
Teorija pretpostavlja da su uz takve superdivove trebale nastati crne mini-rupe mase oko 10 14 g i polumjera oko 10 -12 cm (veličine atomske jezgre). Mogli bi se pojaviti u prvim trenucima postojanja Svemira kao manifestacija vrlo jake nehomogenosti prostor-vremena s kolosalnom gustoćom energije. Uvjete koji su tada postojali u Svemiru istraživači sada ostvaruju na snažnim sudaračima (akceleratorima na sudarajućim snopovima). Eksperimenti u CERN-u početkom ove godine omogućili su dobivanje kvark-gluonske plazme - materije koja je postojala prije pojave elementarnih čestica. Istraživanje ovog stanja materije nastavlja se u Brookhavenu, američkom akceleratorskom centru. Sposoban je ubrzati čestice do energije jedan i pol do dva reda veličine veće od akceleratora u
CERN. Nadolazeći eksperiment izazvao je ozbiljnu tjeskobu: hoće li se tijekom njegove provedbe pojaviti crna mini rupa koja će saviti naš prostor i uništiti Zemlju?
Taj je strah izazvao tako snažan odgovor da je američka vlada bila prisiljena sazvati mjerodavno povjerenstvo da testira tu mogućnost. Komisija, koju su činili istaknuti istraživači, zaključila je da je energija akceleratora preniska za stvaranje crne rupe (ovaj eksperiment je opisan u časopisu Nauka i Zhizn, br. 3, 2000.).
KAKO VIDJETI NEVIDLJIVO
Crne rupe ne emitiraju ništa, čak ni svjetlost. No, astronomi su ih naučili vidjeti, odnosno pronaći "kandidate" za ovu ulogu. Postoje tri načina za otkrivanje crne rupe.
1. Potrebno je pratiti kruženje zvijezda u nakupinama oko određenog težišta. Ako se pokaže da u ovom centru nema ničega, a zvijezde se okreću, takoreći, oko praznog mjesta, može se s dovoljno pouzdanja reći: u ovoj "praznini" postoji crna rupa. Na temelju toga pretpostavljena je prisutnost crne rupe u središtu naše Galaksije i procijenjena njena masa.
2. Crna rupa aktivno usisava materiju u sebe iz okolnog prostora. Na njega spiralno padaju međuzvjezdana prašina, plin, materija obližnjih zvijezda, tvoreći takozvani akrecijski disk, sličan Saturnovom prstenu. (Upravo je to bilo zastrašujuće u eksperimentu u Brookhavenu: crna mini rupa koja je nastala u akceleratoru počet će usisati Zemlju u sebe, a taj proces nisu mogle zaustaviti nikakve sile.) Približavajući se Schwarzschildovoj sferi, čestice doživjeti ubrzanje i početi zračiti u rendgenskom području. Ovo zračenje ima karakterističan spektar sličan dobro proučenom zračenju čestica ubrzanih u sinkrotronu. A ako takvo zračenje dolazi iz neke regije Svemira, možemo sa sigurnošću reći da tamo mora postojati crna rupa.
3. Kada se dvije crne rupe spoje, dolazi do gravitacijskog zračenja. Računa se da ako je masa svakog od njih oko deset solarnih masa, tada će se, kada se spoje za nekoliko sati, osloboditi energija koja odgovara 1% njihove ukupne mase u obliku gravitacijskih valova. To je tisuću puta više od svjetlosti, topline i druge energije koju je Sunce emitiralo tijekom cijelog razdoblja svog postojanja – pet milijardi godina. Nadaju se da će otkriti gravitacijsko zračenje uz pomoć gravitacijsko-valnih zvjezdarnica LIGO i drugih, koje se sada grade u Americi i Europi uz sudjelovanje ruskih istraživača (vidi "Znanost i život" br. 5, 2000.).
Pa ipak, iako astronomi ne sumnjaju u postojanje crnih rupa, nitko ne može kategorički ustvrditi da se točno jedna od njih nalazi u određenoj točki u svemiru. Znanstvena etika, savjesnost istraživača zahtijevaju nedvosmislen odgovor na postavljeno pitanje, koji ne tolerira odstupanja. Nije dovoljno procijeniti masu nevidljivog objekta, potrebno je izmjeriti njegov polumjer i pokazati da ne prelazi Schwarzschildov. A čak ni unutar naše Galaksije ovaj problem još nije riješen. Zato znanstvenici pokazuju određenu suzdržanost u izvješćivanju o svom otkriću, a znanstveni časopisi doslovno su puni izvješća o teorijskom radu i opažanjima učinaka koji mogu rasvijetliti njihovu misteriju.
Istina, crne rupe imaju i još jedno svojstvo, teoretski predviđeno, koje bi ih, možda, omogućilo vidjeti. Ali, međutim, pod jednim uvjetom: masa crne rupe mora biti mnogo manja od mase Sunca.
CRNA RUPA MOŽDA BITI "BIJELA"
Dugo su se crne rupe smatrale utjelovljenjem tame, objektima koji u vakuumu, u nedostatku apsorpcije materije, ne zrače ništa. Međutim, 1974. godine poznati engleski teoretičar Stephen Hawking pokazao je da se crnim rupama može dodijeliti temperatura i stoga moraju zračiti.
Prema konceptima kvantne mehanike, vakuum nije praznina, već svojevrsna "pjena prostor-vremena", mješavina virtualnih (u našem svijetu neuočljivih) čestica. Međutim, kvantne fluktuacije energije sposobne su "izbaciti" par čestica-antičestica iz vakuuma. Na primjer, kada se dva ili tri gama kvanta sudare, elektron i pozitron će se pojaviti kao iz ničega. Ovaj i slični fenomeni su više puta uočeni u laboratorijima.
Upravo kvantne fluktuacije određuju procese zračenja crnih rupa. Ako par čestica s energijama E i -E(ukupna energija para je nula), nastaje u blizini Schwarzschildove sfere, daljnja sudbina čestica bit će drugačija. Mogu se uništiti gotovo odmah ili zajedno otići ispod horizonta događaja. U tom se slučaju stanje crne rupe neće promijeniti. Ali ako samo jedna čestica prođe ispod horizonta, promatrač će registrirati drugu, a činit će mu se da ju je stvorila crna rupa. U ovom slučaju, crna rupa koja je apsorbirala česticu s energijom -E, smanjit će svoju energiju, i to s energijom E- povećati.
Hawking je izračunao brzine kojima se odvijaju svi ti procesi i došao do zaključka da je vjerojatnost apsorpcije čestica s negativnom energijom veća. To znači da crna rupa gubi energiju i masu – isparava. Osim toga, zrači kao potpuno crno tijelo s temperaturom T = 6 . 10 -8 M sa / M kelvini, gdje M c je masa Sunca (2,1033 g), M je masa crne rupe. Ovaj jednostavan odnos pokazuje da je temperatura crne rupe čija je masa šest puta veća od Sunčeve stomilijuntni dio stupnja. Jasno je da tako hladno tijelo ne zrači praktički ništa, a svi navedeni argumenti ostaju na snazi. Još jedna stvar - mini rupe. Lako je vidjeti da su s masom od 10 14 -10 30 grama zagrijane na desetke tisuća stupnjeva i bijelo vruće! Međutim, odmah treba napomenuti da nema proturječnosti sa svojstvima crnih rupa: ovo zračenje emitira sloj iznad Schwarzschildove sfere, a ne ispod nje.
Dakle, crna rupa, koja je izgledala kao zauvijek smrznuti objekt, prije ili kasnije nestaje, isparavajući. Štoviše, kako "gubi na težini", brzina isparavanja se povećava, ali i dalje traje iznimno dugo. Procjenjuje se da bi mini-rupe teške 10 14 grama, koje su se pojavile neposredno nakon Velikog praska prije 10-15 milijardi godina, do našeg vremena trebale potpuno ispariti. U posljednjoj fazi njihova života njihova temperatura doseže kolosalnu vrijednost, pa proizvodi isparavanja moraju biti čestice iznimno velike energije. Moguće je da su oni ti koji stvaraju široke atmosferske pljuskove - EAS-ove u Zemljinoj atmosferi. U svakom slučaju, porijeklo čestica anomalno visoke energije još je jedan važan i zanimljiv problem koji se može usko povezati s ništa manje uzbudljivim pitanjima fizike crnih rupa.
