Studium der Schwarzen Löcher. Wer hat Schwarze Löcher entdeckt? Blick in die Tiefen des Universums

Schwarze Löcher, dunkle Materie, dunkle Materie ... Dies sind zweifellos die seltsamsten und mysteriösesten Objekte im Weltraum. Ihre bizarren Eigenschaften können die physikalischen Gesetze des Universums und sogar die Natur der existierenden Realität in Frage stellen. Um zu verstehen, was Schwarze Löcher sind, schlagen Wissenschaftler vor, „Orientierungspunkte zu ändern“, zu lernen, über den Tellerrand hinaus zu denken und ein wenig Vorstellungskraft anzuwenden. Schwarze Löcher werden aus den Kernen supermassereicher Sterne gebildet, die als eine Region des Weltraums charakterisiert werden können, in der eine riesige Masse in der Leere konzentriert ist und nichts, nicht einmal Licht, dort der Anziehungskraft entkommen kann. Dies ist der Bereich, in dem die zweite kosmische Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigt: Und je massiver das Bewegungsobjekt ist, desto schneller muss es sich bewegen, um seine Schwerkraft loszuwerden. Dies wird als zweite Raumgeschwindigkeit bezeichnet.

Colliers Enzyklopädie nennt Schwarze Löcher eine Region im Weltraum, die durch den vollständigen Gravitationskollaps von Materie entstanden ist, in der die Gravitationsanziehung so groß ist, dass weder Materie noch Licht oder andere Informationsträger sie verlassen können. Daher ist das Innere des Schwarzen Lochs nicht kausal mit dem Rest des Universums verbunden; Die im Inneren des Schwarzen Lochs ablaufenden physikalischen Prozesse können die Prozesse außerhalb des Schwarzen Lochs nicht beeinflussen. Das Schwarze Loch ist von einer Oberfläche mit der Eigenschaft einer unidirektionalen Membran umgeben: Materie und Strahlung fallen durch sie frei in das Schwarze Loch, aber von dort kann nichts entweichen. Diese Fläche wird als „Ereignishorizont“ bezeichnet.

Entdeckungsgeschichte

Schwarze Löcher, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie (der 1915 von Einstein vorgeschlagenen Gravitationstheorie) und anderen moderneren Gravitationstheorien vorhergesagt wurden, wurden 1939 von R. Oppenheimer und H. Snyder mathematisch untermauert. Aber die Eigenschaften von Raum und Zeit in deren Nähe Objekte erwiesen sich als so ungewöhnlich, dass Astronomen und Physiker sie seit 25 Jahren nicht mehr ernst nehmen. Astronomische Entdeckungen Mitte der 1960er Jahre ließen Schwarze Löcher jedoch wie eine mögliche physikalische Realität aussehen. Neue Entdeckungen und Erforschungen können unser Verständnis von Raum und Zeit grundlegend verändern und Licht in Milliarden von kosmischen Geheimnissen bringen.

Entstehung von Schwarzen Löchern

Während thermonukleare Reaktionen im Inneren des Sterns ablaufen, halten sie hohe Temperatur und Druck aufrecht und verhindern, dass sich der Stern unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zusammenzieht. Mit der Zeit wird der Kernbrennstoff jedoch erschöpft und der Stern beginnt zu schrumpfen. Berechnungen zeigen, dass, wenn die Masse eines Sterns drei Sonnenmassen nicht überschreitet, er den „Kampf mit der Schwerkraft“ gewinnt: Sein Gravitationskollaps wird durch den Druck der „entarteten“ Materie gestoppt und der Stern wird für immer zu einem Weißer Zwerg oder Neutronenstern. Aber wenn die Masse eines Sterns mehr als drei Sonnenmassen beträgt, kann nichts seinen katastrophalen Kollaps aufhalten und er wird schnell unter den Ereignishorizont gehen und zu einem schwarzen Loch werden.

Ist das Schwarze Loch ein Donut-Loch?

Es ist nicht leicht zu bemerken, was kein Licht ausstrahlt. Eine Möglichkeit, ein Schwarzes Loch zu finden, besteht darin, nach Bereichen im Weltraum zu suchen, die massereich sind und im dunklen Raum liegen. Bei der Suche nach dieser Art von Objekten haben Astronomen sie in zwei Hauptregionen gefunden: in den Zentren von Galaxien und in Doppelsternsystemen unserer Galaxie. Insgesamt gibt es, wie Wissenschaftler vermuten, zig Millionen solcher Objekte.

Aufgrund des relativ jungen Interesses an populärwissenschaftlichen Filmen zum Thema Weltraumforschung hat der moderne Zuschauer viel über Phänomene wie die Singularität oder das Schwarze Loch gehört. Filme offenbaren jedoch nicht die gesamte Natur dieser Phänomene und verzerren manchmal sogar die konstruierten wissenschaftlichen Theorien, um eine größere Wirksamkeit zu erzielen. Aus diesem Grund ist die Vorstellung vieler moderner Menschen über diese Phänomene entweder völlig oberflächlich oder völlig falsch. Eine der Lösungen für das Problem ist dieser Artikel, in dem wir versuchen, die bestehenden Forschungsergebnisse zu verstehen und die Frage zu beantworten - Was ist ein Schwarzes Loch?

Im Jahr 1784 erwähnte der englische Priester und Naturforscher John Michell erstmals in einem Brief an die Royal Society einen hypothetischen massiven Körper, der eine so starke Anziehungskraft besitzt, dass seine zweite kosmische Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigen wird. Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die ein relativ kleines Objekt benötigt, um die Anziehungskraft eines Himmelskörpers zu überwinden und die geschlossene Umlaufbahn um diesen Körper zu verlassen. Nach seinen Berechnungen wird ein Körper mit der Dichte der Sonne und einem Radius von 500 Sonnenradien auf seiner Oberfläche eine zweite kosmische Geschwindigkeit haben, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht. In diesem Fall verlässt selbst das Licht die Oberfläche eines solchen Körpers nicht, und dieser Körper absorbiert daher nur das einfallende Licht und bleibt für den Betrachter unsichtbar - eine Art schwarzer Fleck vor dem Hintergrund des dunklen Raums.

Michells Konzept eines supermassiven Körpers fand jedoch bis zur Arbeit von Einstein kein großes Interesse. Erinnern wir uns daran, dass letztere die Lichtgeschwindigkeit als die begrenzende Geschwindigkeit der Informationsübertragung definiert hat. Darüber hinaus erweiterte Einstein die Gravitationstheorie für Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit (). Infolgedessen war es nicht mehr relevant, die Newtonsche Theorie auf Schwarze Löcher anzuwenden.

Einsteins Gleichung

Durch die Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie auf Schwarze Löcher und die Lösung der Einstein-Gleichungen wurden die Hauptparameter eines Schwarzen Lochs identifiziert, von denen es nur drei gibt: Masse, elektrische Ladung und Drehimpuls. Hervorzuheben ist der bedeutende Beitrag des indischen Astrophysikers Subramanian Chandrasekhar, der die grundlegende Monographie "The Mathematical Theory of Black Holes" erstellt hat.

Somit wird die Lösung der Einsteinschen Gleichungen durch vier Optionen für vier mögliche Typen von Schwarzen Löchern dargestellt:

BH ohne Rotation und ohne Ladung - Schwarzschilds Lösung. Eine der ersten Beschreibungen eines Schwarzen Lochs (1916) unter Verwendung der Einstein-Gleichungen, jedoch ohne Berücksichtigung von zwei der drei Körperparameter. Die Lösung des deutschen Physikers Karl Schwarzschild ermöglicht es, das äußere Gravitationsfeld eines kugelförmigen massiven Körpers zu berechnen. Die Besonderheit des Konzepts von BH des deutschen Wissenschaftlers ist das Vorhandensein eines Ereignishorizonts und der dahinter verborgene. Außerdem berechnete Schwarzschild zuerst den Gravitationsradius, der seinen Namen erhielt, der den Radius der Kugel bestimmt, auf dem sich der Ereignishorizont für einen Körper mit einer bestimmten Masse befinden würde.
BH ohne Rotation mit Ladung - Reisner-Nordström-Lösung. Eine 1916-1918 vorgeschlagene Lösung unter Berücksichtigung der möglichen elektrischen Ladung des Schwarzen Lochs. Diese Ladung kann nicht beliebig groß sein und ist durch die resultierende elektrische Abstoßung begrenzt. Letzteres soll durch Gravitationsanziehung kompensiert werden.
BH mit Rotation und ohne Ladung - Kerrs Lösung (1963). Ein rotierendes Schwarzes Loch von Kerr unterscheidet sich von einem statischen durch das Vorhandensein der sogenannten Ergosphäre (lesen Sie weiter unten über diese und andere Komponenten des Schwarzen Lochs).
BH mit Rotation und Ladung - Kerr - Newman-Lösung. Diese Lösung wurde 1965 berechnet und ist derzeit die vollständigste, da sie alle drei BH-Parameter berücksichtigt. Es wird jedoch immer noch angenommen, dass Schwarze Löcher in der Natur eine unbedeutende Ladung haben.

Bildung eines Schwarzen Lochs

Es gibt mehrere Theorien darüber, wie ein Schwarzes Loch entsteht und erscheint, von denen die bekannteste die Bildung eines Sterns mit ausreichender Masse als Folge eines Gravitationskollapses ist. Diese Kompression kann die Entwicklung von Sternen mit einer Masse von mehr als drei Sonnenmassen beenden. Nach Abschluss thermonuklearer Reaktionen innerhalb solcher Sterne beginnen sie schnell zu einer Superdichte zu kollabieren. Kann der Gasdruck des Neutronensterns die Gravitationskräfte nicht kompensieren, das heißt die Masse des Sterns überwindet die sogenannte. die Oppenheimer-Volkov-Grenze, dann geht der Kollaps weiter, mit der Folge, dass Materie zu einem Schwarzen Loch komprimiert wird.

Das zweite Szenario, das die Geburt eines Schwarzen Lochs beschreibt, ist die Kompression von protogalaktischem Gas, dh interstellarem Gas, das sich im Stadium der Transformation in eine Galaxie oder einen Haufen befindet. Reicht der Innendruck nicht aus, um die gleichen Gravitationskräfte zu kompensieren, kann ein Schwarzes Loch entstehen.

Zwei weitere Szenarien bleiben hypothetisch:

Das Auftreten von BH als Folge - die sog. Urzeitliche Schwarze Löcher.
Auftreten als Folge von Kernreaktionen bei hohen Energien. Ein Beispiel für solche Reaktionen sind Collider-Experimente.

Struktur und Physik von Schwarzen Löchern

Die Schwarzschild-Struktur eines Schwarzen Lochs umfasst nur zwei Elemente, die bereits erwähnt wurden: die Singularität und den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs. Kurz über die Singularität gesprochen, ist festzuhalten, dass es unmöglich ist, eine gerade Linie durch sie zu ziehen, und auch, dass die meisten existierenden physikalischen Theorien darin nicht funktionieren. Daher bleibt die Physik der Singularität den Wissenschaftlern bis heute ein Rätsel. Ein Schwarzes Loch ist eine Art Grenze, die ein physisches Objekt überschreitet, verliert die Fähigkeit, über seine Grenzen hinaus zurückzukehren und wird definitiv in die Singularität des Schwarzen Lochs "fallen".

Etwas komplizierter wird die Struktur eines Schwarzen Lochs bei der Kerr-Lösung, nämlich bei Rotation des BH. Kerrs Lösung geht davon aus, dass das Loch eine Ergosphäre hat. Die Ergosphäre ist ein bestimmter Bereich außerhalb des Ereignishorizonts, innerhalb dessen sich alle Körper in Drehrichtung des Schwarzen Lochs bewegen. Dieser Bereich ist noch nicht spannend und kann im Gegensatz zum Ereignishorizont verlassen werden. Die Ergosphäre ist wahrscheinlich eine Art Analogon der Akkretionsscheibe, die Materie um massive Körper dreht. Wenn ein statisches Schwarzes Schwarzschild-Loch als schwarze Kugel dargestellt wird, hat der Kerry BH aufgrund der Anwesenheit der Ergosphäre die Form eines abgeplatteten Ellipsoids, in deren Form wir BH oft in Zeichnungen, in alten Filmen oder gesehen haben Videospiele.

Wie viel wiegt ein Schwarzes Loch? - Das größte theoretische Material zur Entstehung eines Schwarzen Lochs steht für das Szenario seines Erscheinens durch den Kollaps eines Sterns zur Verfügung. Dabei werden die maximale Masse eines Neutronensterns und die minimale Masse eines Schwarzen Lochs durch das Oppenheimer-Volkov-Limit bestimmt, wonach die untere Grenze der BH-Masse 2,5 - 3 Sonnenmassen beträgt. Das schwerste jemals entdeckte Schwarze Loch (in der Galaxie NGC 4889) hat eine Masse von 21 Milliarden Sonnenmassen. Nicht zu vergessen sind jedoch BHs, die hypothetisch durch Kernreaktionen bei hohen Energien, wie zum Beispiel an Collidern, entstehen. Die Masse solcher Quanten-Schwarzen Löcher, also "Planck-Schwarze Löcher", hat eine Größenordnung, nämlich 2 · 10 −5 g.
Die Größe des Schwarzen Lochs. Der minimale BH-Radius kann aus der minimalen Masse (2,5 - 3 Sonnenmassen) berechnet werden. Wenn der Gravitationsradius der Sonne, dh der Bereich, in dem sich der Ereignishorizont befinden würde, etwa 2,95 km beträgt, beträgt der minimale BH-Radius von 3 Sonnenmassen etwa neun Kilometer. Solch eine relativ kleine Größe passt nicht in den Kopf, wenn es um massive Gegenstände geht, die alles um sich herum anziehen. Für Quantenschwarze Löcher beträgt der Radius jedoch - 10 -35 m.
Die durchschnittliche Dichte eines Schwarzen Lochs hängt von zwei Parametern ab: Masse und Radius. Die Dichte eines Schwarzen Lochs mit einer Masse in der Größenordnung von drei Sonnenmassen beträgt etwa 6 · 10 26 kg / m³, während die Dichte von Wasser 1000 kg / m³ beträgt. Solche kleinen Schwarzen Löcher wurden jedoch von Wissenschaftlern nicht gefunden. Die meisten der nachgewiesenen BHs haben eine Masse von mehr als 10 5 Sonnenmassen. Es gibt ein interessantes Muster: Je massereicher ein Schwarzes Loch ist, desto geringer ist seine Dichte. In diesem Fall führt eine Massenänderung um 11 Größenordnungen zu einer Dichteänderung um 22 Größenordnungen. Somit hat ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 1 · 10 9 Sonnenmassen eine Dichte von 18,5 kg/m³, was eine Einheit weniger ist als die Dichte von Gold. Und BHs mit einer Masse von mehr als 10 10 Sonnenmassen können eine durchschnittliche Dichte haben, die geringer ist als die Dichte von Luft. Aufgrund dieser Berechnungen ist es logisch anzunehmen, dass die Entstehung eines Schwarzen Lochs nicht durch die Kompression von Materie, sondern durch die Ansammlung einer großen Menge Materie in einem bestimmten Volumen erfolgt. Bei Quanten-BHs kann deren Dichte etwa 1094 kg/m³ betragen.
Auch die Temperatur eines Schwarzen Lochs ist umgekehrt proportional zu seiner Masse. Diese Temperatur steht in direktem Zusammenhang. Das Spektrum dieser Strahlung fällt mit dem Spektrum eines absolut schwarzen Körpers zusammen, dh eines Körpers, der alle einfallende Strahlung absorbiert. Das Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers hängt nur von seiner Temperatur ab, dann kann die BH-Temperatur aus dem Hawking-Strahlungsspektrum bestimmt werden. Wie oben erwähnt, ist diese Strahlung umso stärker, je kleiner das Schwarze Loch ist. In diesem Fall bleibt die Hawking-Strahlung hypothetisch, da sie noch nicht von Astronomen beobachtet wurde. Daraus folgt, dass bei vorhandener Hawking-Strahlung die Temperatur der beobachteten BHs so niedrig ist, dass die angezeigte Strahlung nicht registriert werden kann. Berechnungen zufolge ist selbst die Temperatur eines Lochs mit einer Masse in der Größenordnung der Sonnenmasse vernachlässigbar (1 · 10 -7 K oder -272 °C). Die Temperatur von Quantenschwarzen Löchern kann etwa 10 12 K erreichen, und mit ihrer schnellen Verdampfung (etwa 1,5 Minuten) können solche BHs Energie in der Größenordnung von zehn Millionen Atombomben emittieren. Aber glücklicherweise wird die Erzeugung solcher hypothetischer Objekte 10 14 mal mehr Energie benötigen als heute beim Large Hadron Collider. Darüber hinaus wurden solche Phänomene von Astronomen noch nie beobachtet.

Woraus besteht ein Schwarzes Loch?

Eine andere Frage beschäftigt sowohl Wissenschaftler als auch diejenigen, die sich einfach für Astrophysik interessieren: Woraus besteht ein Schwarzes Loch? Auf diese Frage gibt es keine eindeutige Antwort, da es nicht möglich ist, über den Ereignishorizont um ein Schwarzes Loch hinaus zu blicken. Darüber hinaus sehen theoretische Modelle eines Schwarzen Lochs, wie bereits erwähnt, nur 3 seiner Komponenten vor: die Ergosphäre, den Ereignishorizont und die Singularität. Es ist logisch anzunehmen, dass es in der Ergosphäre nur die Objekte gibt, die vom Schwarzen Loch angezogen wurden und sich nun um es drehen - verschiedene Arten von kosmischen Körpern und kosmischem Gas. Der Ereignishorizont ist nur eine dünne implizite Grenze, nach deren Überschreiten dieselben kosmischen Körper unwiederbringlich von der letzten Hauptkomponente der BH angezogen werden - der Singularität. Die Natur der Singularität ist heute noch nicht erforscht und es ist zu früh, um über ihre Zusammensetzung zu sprechen.

Nach einigen Annahmen könnte das Schwarze Loch aus Neutronen bestehen. Folgt man dem Szenario eines Schwarzen Lochs infolge der Kontraktion eines Sterns zu einem Neutronenstern mit anschließender Kontraktion, dann besteht wahrscheinlich der Hauptteil des Schwarzen Lochs aus Neutronen, aus denen der Neutronenstern selbst besteht. In einfachen Worten: Wenn ein Stern kollabiert, ziehen sich seine Atome so zusammen, dass sich Elektronen mit Protonen verbinden und dabei Neutronen bilden. Eine ähnliche Reaktion findet tatsächlich in der Natur statt, während die Neutrino-Emission unter Bildung eines Neutrons auftritt. Dies sind jedoch nur Annahmen.

Was passiert, wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen?

Der Fall in ein astrophysikalisches Schwarzes Loch dehnt den Körper. Stellen Sie sich einen hypothetischen Selbstmord-Astronauten vor, der in nichts als einem Raumanzug mit den Füßen voran in ein Schwarzes Loch geht. Beim Überqueren des Ereignishorizonts wird der Astronaut keine Veränderungen bemerken, obwohl er keine Möglichkeit mehr hat auszusteigen. Irgendwann erreicht der Astronaut einen Punkt (etwas hinter dem Ereignishorizont), an dem die Verformung seines Körpers beginnt. Da das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs inhomogen ist und durch einen zum Zentrum hin zunehmenden Kraftgradienten dargestellt wird, werden die Beine des Astronauten einer deutlich stärkeren Gravitationswirkung ausgesetzt als beispielsweise der Kopf. Dann "fallen" die Beine aufgrund der Schwerkraft oder besser gesagt der Gezeitenkräfte schneller. So beginnt sich der Körper allmählich in die Länge zu strecken. Um dieses Phänomen zu beschreiben, haben sich Astrophysiker einen ziemlich kreativen Begriff einfallen lassen - Spaghettifizierung. Eine weitere Dehnung des Körpers wird ihn wahrscheinlich in Atome zerlegen, die früher oder später eine Singularität erreichen. Was eine Person in dieser Situation fühlen wird, kann jeder erraten. Es ist erwähnenswert, dass der Dehnungseffekt eines Körpers umgekehrt proportional zur Masse des Schwarzen Lochs ist. Das heißt, wenn ein BH mit einer Masse von drei Sonnen den Körper sofort dehnt / bricht, dann hat das supermassive Schwarze Loch geringere Gezeitenkräfte und es gibt Hinweise darauf, dass einige physikalische Materialien eine solche Verformung „aushalten“ könnten, ohne ihre Struktur zu verlieren.

Wie Sie wissen, vergeht die Zeit in der Nähe von massiven Objekten langsamer, was bedeutet, dass die Zeit für einen Selbstmord-Astronauten viel langsamer vergeht als für Erdbewohner. In diesem Fall überlebt er vielleicht nicht nur seine Freunde, sondern auch die Erde selbst. Es werden Berechnungen erforderlich sein, um zu bestimmen, wie viel Zeit der Astronaut verlangsamt; aus dem oben Gesagten ist jedoch davon auszugehen, dass der Astronaut sehr langsam in das Schwarze Loch fällt und vielleicht einfach nicht den Moment erlebt, in dem sein Körper beginnt sich zu verformen.

Bemerkenswert ist, dass für einen Beobachter im Freien alle Körper, die bis zum Ereignishorizont geflogen sind, am Rand dieses Horizonts verbleiben, bis ihr Bild verschwindet. Der Grund dafür ist die gravitative Rotverschiebung. Etwas vereinfachend können wir sagen, dass das Licht, das auf den Körper eines am Ereignishorizont „eingefrorenen“ Selbstmordkosmonauten fällt, seine Frequenz aufgrund seiner verlangsamten Zeit ändert. Wenn die Zeit langsamer vergeht, nimmt die Frequenz des Lichts ab und die Wellenlänge nimmt zu. Als Ergebnis dieses Phänomens verschiebt sich das Licht am Ausgang, dh für einen externen Beobachter, allmählich in Richtung der Niederfrequenz - Rot. Es findet eine Lichtverschiebung entlang des Spektrums statt, da sich der Selbstmord-Astronaut immer weiter vom Beobachter entfernt, wenn auch fast unmerklich, und seine Zeit immer langsamer vergeht. So wird das von seinem Körper reflektierte Licht bald über das sichtbare Spektrum hinausgehen (das Bild wird verschwinden), und der Körper des Astronauten kann in Zukunft nur noch im Infrarotbereich und später in der Radiofrequenz erfasst werden, und als Ergebnis , wird die Strahlung völlig schwer fassbar sein.

Trotzdem wird angenommen, dass sich die Gezeitenkräfte in sehr großen supermassiven Schwarzen Löchern mit der Entfernung nicht so stark ändern und fast gleichmäßig auf den fallenden Körper wirken. In diesem Fall würde das fallende Raumschiff seine Struktur behalten. Es stellt sich eine berechtigte Frage: Wohin führt das Schwarze Loch? Diese Frage kann durch die Arbeit einiger Wissenschaftler beantwortet werden, die zwei Phänomene wie Wurmlöcher und Schwarze Löcher miteinander verbinden.

Bereits 1935 stellten Albert Einstein und Nathan Rosen unter Berücksichtigung einer Hypothese die Existenz sogenannter Wurmlöcher auf, die zwei Punkte der Raumzeit durch einen Pfad an Stellen mit einer signifikanten Krümmung der letzteren - dem Einstein-Rosen . - verbinden Brücke oder ein Wurmloch. Für eine so starke Krümmung des Raums werden Körper mit einer gigantischen Masse benötigt, mit deren Rolle Schwarze Löcher perfekt zurechtkommen.

Die Einstein-Rosen-Brücke gilt als unpassierbares Wurmloch, weil sie klein und instabil ist.

Ein durchquerbares Wurmloch ist im Rahmen der Theorie der Schwarzen und Weißen Löcher möglich. Wobei das Weiße Loch die Ausgabe von Informationen ist, die in einem Schwarzen Loch gefangen sind. Das Weiße Loch wird im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, aber heute bleibt es hypothetisch und wurde nicht entdeckt. Ein anderes Modell eines Wurmlochs, das von den amerikanischen Wissenschaftlern Kip Thorne und seinem Doktoranden Mike Morris vorgeschlagen wurde, kann begehbar sein. Wie beim Morris-Thorne-Wurmloch und bei Schwarzen und Weißen Löchern erfordert die Möglichkeit des Reisens jedoch die Existenz sogenannter exotischer Materie, die negative Energie hat und ebenfalls hypothetisch bleibt.

Schwarze Löcher im Universum

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde erst vor relativ kurzer Zeit (September 2015) bestätigt, jedoch gab es bis dahin bereits umfangreiches theoretisches Material über die Natur von BHs sowie viele Kandidatenobjekte für die Rolle eines Schwarzen Lochs. Zuallererst sollte die Größe des BH berücksichtigt werden, da die Natur des Phänomens von ihnen abhängt:

Schwarzes Loch mit stellarer Masse... Solche Objekte entstehen durch den Kollaps eines Sterns. Wie bereits erwähnt, beträgt die Mindestmasse eines Körpers, der ein solches Schwarzes Loch bilden kann, 2,5 - 3 Sonnenmassen.
Schwarze Löcher mittlerer Masse... Eine bedingte Zwischenart von Schwarzen Löchern, die aufgrund der Absorption naher Objekte, wie einer Gasansammlung, eines nahen Sterns (in Zweisternsystemen) und anderer kosmischer Körper, zugenommen hat.
Supermassives Schwarzes Loch... Kompakte Objekte mit 10 5 -10 10 Sonnenmassen. Die charakteristischen Eigenschaften solcher BHs sind die paradoxerweise geringe Dichte sowie die bereits erwähnten schwachen Gezeitenkräfte. Es ist ein so supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße (Sagittarius A *, Sgr A *) sowie der meisten anderen Galaxien.

Kandidaten für das Schwarze Haus

Das nächste Schwarze Loch, oder besser gesagt ein Kandidat für die Rolle eines BH, ist ein Objekt (V616 Unicorn), das sich in einer Entfernung von 3000 Lichtjahren von der Sonne (in unserer Galaxie) befindet. Es besteht aus zwei Komponenten: einem Stern mit einer Masse von der halben Sonnenmasse sowie einem unsichtbaren kleinen Körper, dessen Masse 3 - 5 Sonnenmassen beträgt. Wenn sich herausstellt, dass dieses Objekt ein kleines Schwarzes Loch mit stellarer Masse ist, dann ist es das nächste BH.

Nach diesem Objekt ist das zweitnächste Schwarze Loch das Cyg X-1-Objekt, das der erste Kandidat für die Rolle eines BHs war. Die Entfernung dazu beträgt etwa 6070 Lichtjahre. Es ist gut untersucht: Es hat eine Masse von 14,8 Sonnenmassen und einen Ereignishorizontradius von etwa 26 km.

Nach einigen Quellen könnte ein weiterer Kandidat für die Rolle eines BH ein Körper im Sternensystem V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) sein, der sich nach Schätzungen von 1999 in einer Entfernung von 1600 Lichtjahren befand. Spätere Studien erhöhten diesen Abstand jedoch um mindestens das 15-fache.

Wie viele Schwarze Löcher gibt es in unserer Galaxie?

Auf diese Frage gibt es keine genaue Antwort, da es ziemlich schwierig ist, sie zu beobachten, und während der gesamten Untersuchung des Himmels ist es Wissenschaftlern gelungen, etwa ein Dutzend Schwarze Löcher in der Milchstraße zu finden. Ohne uns auf Berechnungen einzulassen, stellen wir fest, dass es in unserer Galaxie etwa 100 - 400 Milliarden Sterne gibt, und etwa jeder tausendste Stern hat genug Masse, um ein Schwarzes Loch zu bilden. Es ist wahrscheinlich, dass sich während der Existenz der Milchstraße Millionen von Schwarzen Löchern gebildet haben. Da es einfacher ist, riesige Schwarze Löcher zu registrieren, ist es logisch anzunehmen, dass die meisten BHs in unserer Galaxie höchstwahrscheinlich nicht supermassiv sind. Es ist bemerkenswert, dass die NASA-Studien von 2005 auf die Anwesenheit eines Schwarms schwarzer Löcher (10-20.000) hindeuten, der das Zentrum der Galaxie umkreist. Darüber hinaus entdeckten japanische Astrophysiker 2016 in der Nähe des Objekts * einen massiven Satelliten - ein Schwarzes Loch, den Kern der Milchstraße. Aufgrund des kleinen Radius (0,15 Lichtjahre) dieses Körpers sowie seiner enormen Masse (100.000 Sonnenmassen) vermuten Wissenschaftler, dass dieses Objekt auch ein supermassereiches Schwarzes Loch ist.

Der Kern unserer Galaxie, das Schwarze Loch der Milchstraße (Schütze A *, Sgr A * oder Schütze A *) ist supermassiv und hat eine Masse von 4,31 10 6 Sonnenmassen und einen Radius von 0,00071 Lichtjahren (6,25 Lichtjahre .). . oder 6,75 Milliarden km). Die Temperatur von Schütze A * zusammen mit dem umgebenden Sternhaufen beträgt etwa 1 · 10 7 K.

Das größte Schwarze Loch

Das größte Schwarze Loch im Universum, das Wissenschaftler entdeckt haben, ist ein supermassereiches Schwarzes Loch, FSRQ-Blazar, im Zentrum der Galaxie S5 0014 + 81, in einer Entfernung von 1,2 10 10 Lichtjahren von der Erde. Nach vorläufigen Beobachtungsergebnissen mit dem Swift-Weltraumobservatorium betrug die Masse des BH 40 Milliarden (40 · 10 9) Sonnenmassen, und der Schwarzschild-Radius eines solchen Lochs betrug 118,35 Milliarden Kilometer (0,013 Lichtjahre). Es wird auch geschätzt, dass sie vor 12,1 Milliarden Jahren entstanden ist (1,6 Milliarden Jahre nach dem Urknall). Wenn dieses riesige Schwarze Loch die umgebende Materie nicht absorbiert, wird es die Ära der Schwarzen Löcher überleben - eine der Epochen der Entwicklung des Universums, in der Schwarze Löcher darin dominieren werden. Wenn der Kern der Galaxie S5 0014 + 81 weiter wächst, wird er zu einem der letzten Schwarzen Löcher, die im Universum existieren werden.

Die anderen beiden bekannten Schwarzen Löcher sind, obwohl sie keinen eigenen Namen haben, von größter Bedeutung für die Erforschung von Schwarzen Löchern, da sie ihre Existenz experimentell bestätigten und auch wichtige Ergebnisse für die Erforschung der Schwerkraft lieferten. Wir sprechen über das Ereignis GW150914, das als Kollision zweier Schwarzer Löcher in einem bezeichnet wird. Diese Veranstaltung ermöglichte die Anmeldung.

Schwarze Löcher erkennen

Bevor man über Methoden zum Nachweis von Schwarzen Löchern nachdenkt, sollte man sich die Frage beantworten: Warum ist ein Schwarzes Loch schwarz? - die Antwort darauf erfordert keine tiefen Kenntnisse in Astrophysik und Kosmologie. Tatsache ist, dass ein Schwarzes Loch alle auf es einfallende Strahlung absorbiert und überhaupt nicht emittiert, wenn wir das Hypothetische nicht berücksichtigen. Betrachtet man dieses Phänomen genauer, kann man davon ausgehen, dass im Inneren Schwarzer Löcher keine Prozesse ablaufen, die zur Freisetzung von Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung führen. Wenn der BH dann strahlt, liegt er im Hawking-Spektrum (das mit dem Spektrum eines erhitzten, absolut schwarzen Körpers zusammenfällt). Wie bereits erwähnt, wurde diese Strahlung jedoch nicht nachgewiesen, was auf eine völlig niedrige Temperatur von Schwarzen Löchern hindeutet.

Eine andere allgemein anerkannte Theorie besagt, dass elektromagnetische Strahlung überhaupt nicht in der Lage ist, den Ereignishorizont zu verlassen. Photonen (Lichtteilchen) werden höchstwahrscheinlich nicht von massereichen Objekten angezogen, da sie der Theorie nach selbst keine Masse haben. Das Schwarze Loch "zieht" jedoch immer noch die Lichtphotonen an, indem es die Raumzeit verzerrt. Wenn wir uns ein Schwarzes Loch im Weltraum als eine Art Vertiefung auf der glatten Oberfläche der Raumzeit vorstellen, dann gibt es einen gewissen Abstand vom Zentrum des Schwarzen Lochs, an den sich das Licht nicht mehr wegbewegen kann. Das heißt, grob gesagt beginnt das Licht in die „Grube“ zu „fallen“, die nicht einmal einen „Boden“ hat.

Berücksichtigt man außerdem den Effekt der gravitativen Rotverschiebung, dann ist es möglich, dass das Licht in einem Schwarzen Loch seine Frequenz verliert und sich entlang des Spektrums in den Bereich der niederfrequenten langwelligen Strahlung verschiebt, bis es an Energie verliert überhaupt.

Ein Schwarzes Loch ist also schwarz und daher im Weltraum schwer zu entdecken.

Erkennungsmethoden

Betrachten Sie die Methoden, die Astronomen verwenden, um ein Schwarzes Loch zu entdecken:

Neben den oben genannten Methoden assoziieren Wissenschaftler oft Objekte wie Schwarze Löcher und. Quasare sind eine Art Ansammlung kosmischer Körper und Gase, die zu den hellsten astronomischen Objekten im Universum gehören. Da sie bei relativ kleiner Größe eine hohe Lumineszenzintensität aufweisen, gibt es Grund zu der Annahme, dass das Zentrum dieser Objekte ein supermassereiches Schwarzes Loch ist, das umgebende Materie anzieht. Aufgrund einer so starken Gravitationsanziehung ist die angezogene Materie so heiß, dass sie intensiv strahlt. Das Auffinden solcher Objekte wird normalerweise mit dem Auffinden eines Schwarzen Lochs verglichen. Manchmal können Quasare Jets aus erhitztem Plasma in zwei Richtungen ausstrahlen - relativistische Jets. Die Gründe für das Auftreten solcher Jets (Jets) sind nicht ganz klar, sie werden jedoch wahrscheinlich durch die Wechselwirkung der Magnetfelder der BH und der Akkretionsscheibe verursacht und werden nicht vom direkten Schwarzen Loch emittiert.

Jet in der Galaxie M87, der aus dem Zentrum des BH . einschlägt

Zusammenfassend kann man sich aus der Nähe vorstellen: Es ist ein kugelförmiges schwarzes Objekt, um das sich stark erhitzte Materie dreht und eine leuchtende Akkretionsscheibe bildet.

Schwarze Löcher verschmelzen und kollidieren

Eines der interessantesten Phänomene in der Astrophysik ist die Kollision von Schwarzen Löchern, die es auch ermöglicht, solche massereichen astronomischen Körper zu entdecken. Solche Prozesse sind nicht nur für Astrophysiker von Interesse, da von Physikern schlecht untersuchte Phänomene zu deren Folge werden. Das deutlichste Beispiel ist das zuvor erwähnte Ereignis namens GW150914, bei dem sich zwei Schwarze Löcher so weit näherten, dass sie aufgrund gegenseitiger Gravitationsanziehung zu einem verschmolzen. Eine wichtige Folge dieser Kollision war die Entstehung von Gravitationswellen.

Nach der Definition von Gravitationswellen sind dies Änderungen des Gravitationsfeldes, die sich von massereichen bewegten Objekten wellenartig ausbreiten. Wenn sich zwei solcher Objekte einander nähern, beginnen sie sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt zu drehen. Wenn sie sich einander nähern, nimmt ihre Drehung um die eigene Achse zu. Solche variablen Schwankungen des Gravitationsfeldes können zu einem bestimmten Zeitpunkt eine starke Gravitationswelle bilden, die sich im Weltraum über Millionen von Lichtjahren ausbreiten kann. So kollidierten in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung zwei Schwarze Löcher und bildeten eine starke Gravitationswelle, die am 14. September 2015 die Erde erreichte und von den Detektoren LIGO und VIRGO aufgezeichnet wurde.

Wie sterben Schwarze Löcher?

Damit ein Schwarzes Loch nicht mehr existiert, muss es natürlich seine gesamte Masse verlieren. Allerdings kann nach seiner Definition nichts die Grenzen eines Schwarzen Lochs verlassen, wenn es seinen Ereignishorizont überschritten hat. Es ist bekannt, dass der sowjetische theoretische Physiker Vladimir Gribov in seiner Diskussion mit einem anderen sowjetischen Wissenschaftler, Yakov Zeldovich, als erster die Möglichkeit eines Schwarzen Lochs erwähnte, das Teilchen aussendet. Er argumentierte, dass ein Schwarzes Loch aus quantenmechanischer Sicht in der Lage ist, Teilchen durch den Tunneleffekt zu emittieren. Später baute der englische theoretische Physiker Stephen Hawking mit Hilfe der Quantenmechanik eine eigene, etwas andere Theorie auf. Sie können mehr über dieses Phänomen lesen. Kurz gesagt, in einem Vakuum gibt es sogenannte virtuelle Teilchen, die ständig paarweise geboren werden und sich gegenseitig vernichten, ohne mit der Außenwelt zu interagieren. Wenn solche Paare jedoch am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs erscheinen, ist eine starke Gravitation hypothetisch in der Lage, sie zu trennen, wobei ein Teilchen in das BH fällt und das andere vom Schwarzen Loch weggeht. Und da das aus dem Loch austretende Teilchen beobachtet werden kann und daher positive Energien hat, muss das in das Loch fallende Teilchen negative Energien haben. Dadurch verliert das Schwarze Loch seine Energie und es tritt ein Effekt auf, der als Verdampfung des Schwarzen Lochs bezeichnet wird.

Nach den verfügbaren Modellen eines Schwarzen Lochs wird, wie bereits erwähnt, seine Strahlung intensiver, wenn seine Masse abnimmt. Dann, in der letzten Phase der Existenz eines BH, wenn es auf die Größe eines Quantenschwarzen Lochs abnimmt, wird es eine riesige Energiemenge in Form von Strahlung freisetzen, die Tausenden oder sogar Millionen von . entsprechen kann Atombomben. Dieses Ereignis erinnert ein wenig an die Explosion eines Schwarzen Lochs, wie dieselbe Bombe. Berechnungen zufolge könnten durch den Urknall urzeitliche Schwarze Löcher entstanden sein, deren Masse etwa 10 12 kg beträgt, um unsere Zeit verdampft und explodiert sein sollen. Wie dem auch sei, solche Explosionen wurden von Astronomen noch nie bemerkt.

Trotz Hawkings vorgeschlagenem Mechanismus zur Zerstörung Schwarzer Löcher verursachen die Eigenschaften von Hawkings Strahlung ein Paradox im Rahmen der Quantenmechanik. Wenn ein Schwarzes Loch einen Körper absorbiert und dann die Masse verliert, die sich aus der Absorption dieses Körpers ergibt, dann unterscheidet sich das Schwarze Loch unabhängig von der Natur des Körpers nicht von dem, was es vor der Absorption des Körpers war. In diesem Fall gehen Informationen über den Körper für immer verloren. Aus theoretischer Rechnung entspricht die Überführung des reinen Ausgangszustandes in den erhaltenen gemischten ("thermischen") Zustand nicht der aktuellen Theorie der Quantenmechanik. Dieses Paradox wird manchmal als das Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch bezeichnet. Eine endgültige Lösung für dieses Paradox wurde nicht gefunden. Bekannte Möglichkeiten zur Lösung des Paradoxons:

Widersprüchlichkeit von Hawkings Theorie. Dies bringt die Unmöglichkeit der Zerstörung des Schwarzen Lochs und seines ständigen Wachstums mit sich.
Das Vorhandensein von weißen Löchern. In diesem Fall verschwinden die aufgenommenen Informationen nicht, sondern werden einfach in ein anderes Universum geworfen.
Widersprüchlichkeit der allgemein anerkannten Theorie der Quantenmechanik.

Ungelöste Probleme der Physik Schwarzer Löcher

Anscheinend haben Schwarze Löcher, obwohl bereits seit relativ langer Zeit beschrieben, viele Merkmale, deren Mechanismen den Wissenschaftlern noch unbekannt sind.

1970 formulierte ein englischer Wissenschaftler die sogenannte. "Das Prinzip der kosmischen Zensur" - "Die Natur verabscheut eine nackte Singularität." Dies bedeutet, dass die Singularität nur an unsichtbaren Stellen gebildet wird, wie zum Beispiel im Zentrum eines Schwarzen Lochs. Dieses Prinzip ist jedoch noch nicht bewiesen. Es gibt auch theoretische Berechnungen, nach denen eine „nackte“ Singularität auftreten kann.
Auch das „No-Hair-Theorem“ ist nicht bewiesen, wonach Schwarze Löcher nur drei Parameter haben.
Eine vollständige Theorie der Magnetosphäre des Schwarzen Lochs wurde noch nicht entwickelt.
Die Natur und Physik der Gravitationssingularität wurden nicht untersucht.
Es ist nicht sicher bekannt, was im Endstadium der Existenz eines Schwarzen Lochs passiert und was nach seinem Quantenzerfall übrig bleibt.

Interessante Fakten über Schwarze Löcher

Zusammenfassend gibt es einige interessante und ungewöhnliche Merkmale der Natur von Schwarzen Löchern:

BHs haben nur drei Parameter: Masse, elektrische Ladung und Drehimpuls. Aufgrund einer so geringen Anzahl von Eigenschaften dieses Körpers wird der Satz, der dies behauptet, "No-Hair-Theorem" genannt. Daraus entstand auch der Satz "ein schwarzes Loch hat keine Haare", was bedeutet, dass zwei Schwarze Löcher absolut identisch sind, ihre drei genannten Parameter sind gleich.
Die BH-Dichte kann geringer sein als die Luftdichte, und die Temperatur liegt nahe dem absoluten Nullpunkt. Daraus lässt sich vermuten, dass die Entstehung eines Schwarzen Lochs nicht durch die Kompression von Materie erfolgt, sondern durch die Ansammlung einer großen Menge Materie in einem bestimmten Volumen.
Die Zeit für Körper, die von BH absorbiert werden, läuft viel langsamer als für einen externen Beobachter. Darüber hinaus werden die absorbierten Körper im Inneren des Schwarzen Lochs erheblich gestreckt, was von Wissenschaftlern als Spaghettifizierung bezeichnet wurde.
Es könnte ungefähr eine Million Schwarze Löcher in unserer Galaxie geben.
Im Zentrum jeder Galaxie befindet sich wahrscheinlich ein supermassereiches Schwarzes Loch.
In Zukunft wird das Universum nach dem theoretischen Modell die sogenannte Ära der Schwarzen Löcher erreichen, in der Schwarze Löcher zu den dominierenden Körpern im Universum werden.

Die Hypothese der Existenz von Schwarzen Löchern wurde erstmals 1783 vom englischen Astronomen J. Michell auf der Grundlage der Korpuskulartheorie des Lichts und der Newtonschen Gravitationstheorie aufgestellt. Damals gerieten Huygens' Wellentheorie und sein berühmtes Wellenprinzip einfach in Vergessenheit. Die Wellentheorie wurde nicht durch die Unterstützung einiger bedeutender Wissenschaftler unterstützt, insbesondere der bekannten St. Petersburger Akademiker M.V. Lomonosov und L. Euler. Die Logik der Argumentation, die Michella zum Konzept eines Schwarzen Lochs führte, ist sehr einfach: Wenn Licht aus Teilchen-Korpuskeln des leuchtenden Äthers besteht, dann sollten diese Teilchen wie andere Körper eine Anziehung von der Seite des Gravitationsfeldes erfahren. Je massereicher der Stern (oder Planet) ist, desto größer ist daher die Anziehungskraft von seiner Seite auf die Korpuskeln und desto schwieriger ist es für das Licht, die Oberfläche eines solchen Körpers zu verlassen.

Eine weitere Logik legt nahe, dass solche massereichen Sterne in der Natur existieren können, deren Anziehungskraft die Korpuskeln nicht mehr überwinden können, und sie werden einem äußeren Beobachter immer schwarz erscheinen, obwohl sie selbst wie die Sonne mit einem blendenden Glanz leuchten können. Physikalisch bedeutet dies, dass die zweite kosmische Geschwindigkeit auf der Oberfläche eines solchen Sterns nicht geringer als die Lichtgeschwindigkeit sein sollte. Michells Berechnungen zeigen, dass Licht niemals einen Stern verlassen wird, wenn sein Radius bei einer durchschnittlichen Sonnendichte von 500 Sonnen beträgt. Ein solcher Stern kann bereits als Schwarzes Loch bezeichnet werden.

13 Jahre später hat der französische Mathematiker und Astronom P.S. Laplace hat höchstwahrscheinlich unabhängig von Michell eine ähnliche Hypothese über die Existenz solcher exotischer Objekte aufgestellt. Mit einer umständlichen Berechnungsmethode fand Laplace den Radius der Kugel für eine gegebene Dichte, auf deren Oberfläche die Parabelgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Laut Laplace sollten die Lichtkörperchen als Gravitationsteilchen durch massereiche Sterne verzögert werden, die Licht aussenden, deren Dichte der der Erde entspricht und deren Radius 250-mal größer ist als der der Sonne.

Diese Theorie von Laplace war nur in den ersten beiden Lebensausgaben seines berühmten Buches "Präsentation des Systems der Welt" enthalten, das 1796 und 1799 veröffentlicht wurde. Ja, vielleicht interessierte sich der österreichische Astronom FK von Zach für Laplaces Theorie und veröffentlichte sie 1798 unter dem Titel "Beweis des Satzes, dass die Schwerkraft eines schweren Körpers so groß sein kann, dass kein Licht aus ihm herausfließen kann".

An diesem Punkt hat die Geschichte der Erforschung von Schwarzen Löchern für mehr als 100 Jahre eine Pause eingelegt. Es scheint, dass Laplace selbst eine solch extravagante Hypothese stillschweigend aufgegeben hat, da er sie aus allen anderen Lebensausgaben seines Buches, das 1808, 1813 und 1824 veröffentlicht wurde, ausschloss. Vielleicht wollte Laplace die fast phantastische Hypothese, dass kolossale Sterne kein Licht mehr aussenden, nicht replizieren. Vielleicht wurde er durch neue astronomische Daten über die Invariabilität der Größe der Lichtaberration in verschiedenen Sternen aufgehalten, die einigen Schlussfolgerungen seiner Theorie widersprachen, auf deren Grundlage er seine Berechnungen stützte. Aber der wahrscheinlichste Grund, warum alle die mysteriösen hypothetischen Objekte von Michell-Laplace vergessen haben, ist der Siegeszug der Wellentheorie des Lichts, deren Siegeszug Anfang des 19. Jahrhunderts begann.

Den Anfang dieses Triumphes legte die 1801 erschienene Booker-Vorlesung des englischen Physikers T. Jung "Theory of light and color", in der Jung trotz Newton und anderen berühmten Anhängern der Korpuskulartheorie (ua Laplace) kühn , skizzierte das Wesen der Wellentheorie des Lichts und sagte, dass das emittierte Licht aus wellenförmigen Bewegungen des leuchtenden Äthers besteht. Laplace begann, inspiriert von der Entdeckung der Polarisation des Lichts, die Korpuskeln zu "retten", indem er eine Theorie der Lichtdoppelbrechung in Kristallen auf der Grundlage der Doppelwirkung von Kristallmolekülen auf Lichtteilchen konstruierte. Aber die nachfolgenden Arbeiten der Physiker O. Zh. Fresnel, F. D. Aragon, J. Fraunhofer und andere ließen keinen Stein auf dem anderen von der Korpuskulartheorie, an die nur ein Jahrhundert später, nach der Entdeckung der Quanten, ernsthaft erinnert wurde. Alle Überlegungen zu Schwarzen Löchern im Rahmen der Wellentheorie des Lichts sahen damals lächerlich aus.

Sie erinnerten sich auch nach der "Rehabilitation" der Korpuskulartheorie des Lichts nicht sofort an Schwarze Löcher, als sie dank der Hypothese von Quanten (1900) und Photonen (1905) auf einer neuen qualitativen Ebene darüber zu sprechen begannen. Ein zweites Mal wurden Schwarze Löcher erst nach der Entstehung der Allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1916 wiederentdeckt, als der deutsche theoretische Physiker und Astronom K. Schwarzschild wenige Monate nach der Veröffentlichung von Einsteins Gleichungen sie nutzte, um die Struktur der gekrümmten Raumzeit in zu studieren die Nähe der Sonne. Dadurch entdeckte er das Phänomen der Schwarzen Löcher wieder, jedoch auf einer tieferen Ebene.

Die letzte theoretische Entdeckung Schwarzer Löcher fand 1939 statt, als Oppenheimer und Snyder die erste explizite Lösung von Einsteins Gleichungen durchführten, als sie die Entstehung eines Schwarzen Lochs aus einer kollabierenden Staubwolke beschrieben. Der Begriff "Schwarzes Loch" selbst wurde erstmals 1968 von dem amerikanischen Physiker J. Wheeler in die Wissenschaft eingeführt, in den Jahren der schnellen Wiederbelebung des Interesses an der Allgemeinen Relativitätstheorie, Kosmologie und Astrophysik, verursacht durch die Errungenschaften der außeratmosphärischen (insbesondere , Röntgen) Astronomie, die Entdeckung von Reliktstrahlung, Pulsaren und Quasaren.

Schwarze Löcher sind vielleicht die mysteriösesten und mysteriösesten astronomischen Objekte in unserem Universum, seit ihre Entdeckung die Aufmerksamkeit von Experten auf sich gezogen und die Fantasie von Science-Fiction-Autoren angeregt hat. Was sind Schwarze Löcher und was sind sie? Schwarze Löcher sind aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften erloschene Sterne, die eine so hohe Dichte und eine so starke Gravitation besitzen, dass selbst Licht ihnen nicht entkommen kann.

Geschichte der Entdeckung von Schwarzen Löchern

Zum ersten Mal wurde die theoretische Existenz von Schwarzen Löchern, lange vor ihrer tatsächlichen Entdeckung, im fernen 1783 von einem gewissen D. Michel (einem englischen Priester aus Yorkshire, der in seiner Freizeit gern Astronomie liebt) vorgeschlagen. Wenn man unsere nimmt und komprimiert (im modernen Computerjargon - archiviert) auf einen Radius von 3 km, entsteht nach seinen Berechnungen eine so große (einfach enorme) Schwerkraft, dass selbst Licht sie nicht verlassen kann. So entstand der Begriff "Schwarzes Loch", obwohl es eigentlich gar nicht schwarz ist, unserer Meinung nach wäre der Begriff "Dunkles Loch" passender, denn gerade die Abwesenheit von Licht findet statt.

Später, im Jahr 1918, schrieb der große Wissenschaftler Albert Einstein über das Problem der Schwarzen Löcher im Kontext. Aber erst 1967, durch die Bemühungen des amerikanischen Astrophysikers John Wheeler, gewann das Konzept der Schwarzen Löcher endgültig einen Platz in akademischen Kreisen.

Wie dem auch sei, D. Michel, Albert Einstein und John Wheeler gingen in ihren Werken nur von der theoretischen Existenz dieser mysteriösen Himmelsobjekte im Weltraum aus, aber die wahre Entdeckung der Schwarzen Löcher fand 1971 statt, damals war es so weit sie wurden zuerst im Teleskop bemerkt.

So sieht ein Schwarzes Loch aus.

Wie Schwarze Löcher im Weltraum entstehen

Wie wir aus der Astrophysik wissen, haben alle Sterne (einschließlich unserer Sonne) einen begrenzten Brennstoffvorrat. Und obwohl das Leben eines Sterns Milliarden von Jahren dauern kann, endet diese bedingte Brennstoffversorgung früher oder später und der Stern "erlischt". Der Prozess des "Aussterbens" eines Sterns wird von intensiven Reaktionen begleitet, bei denen der Stern eine signifikante Transformation durchmacht und sich je nach Größe in einen Weißen Zwerg, einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch verwandeln kann. Außerdem verwandeln sich die größten Sterne mit unglaublich beeindruckenden Ausmaßen normalerweise in ein Schwarzes Loch - durch die Kontraktion dieser unglaublichen Größen steigt die Masse und Anziehungskraft des neu gebildeten Schwarzen Lochs um ein Vielfaches an, was sich in eine Art galaktischer Staubsauger - er saugt alles und jeden um sich herum auf.

Ein Schwarzes Loch verschlingt einen Stern.

Eine kleine Bemerkung - unsere Sonne ist nach galaktischen Maßstäben überhaupt kein großer Stern und wird sich nach dem Aussterben, das in etwa einigen Milliarden Jahren stattfinden wird, höchstwahrscheinlich nicht in ein Schwarzes Loch verwandeln.

Aber seien wir ehrlich - Wissenschaftler kennen heute noch nicht alle Feinheiten der Entstehung eines Schwarzen Lochs, zweifellos ist dies ein äußerst komplexer astrophysikalischer Prozess, der an sich Millionen von Jahren dauern kann. Obwohl es möglich ist, sich in diese Richtung zu bewegen, ist die Entdeckung und anschließende Untersuchung der sogenannten intermediären Schwarzen Löcher, dh Sterne im Aussterbezustand, in denen ein aktiver Prozess der Bildung von Schwarzen Löchern stattfindet. Ein ähnlicher Stern wurde übrigens 2014 von Astronomen im Arm einer Spiralgalaxie entdeckt.

Wie viele Schwarze Löcher gibt es im Universum

Nach den Theorien moderner Wissenschaftler kann unsere Milchstraße bis zu Hunderte Millionen Schwarze Löcher enthalten. In der Nachbargalaxie, zu der es von unserer Milchstraße nichts mehr zu fliegen gibt, gibt es vielleicht nicht weniger davon - 2,5 Millionen Lichtjahre.

Theorie des Schwarzen Lochs

Trotz der enormen Masse (die Hunderttausende Mal größer ist als die Masse unserer Sonne) und der unglaublichen Schwerkraft war es nicht einfach, Schwarze Löcher durch ein Teleskop zu sehen, da sie überhaupt kein Licht emittieren. Wissenschaftler haben es geschafft, ein Schwarzes Loch nur im Moment seiner "Mahlzeit" zu bemerken - der Absorption eines anderen Sterns, in diesem Moment erscheint eine charakteristische Strahlung, die bereits beobachtet werden kann. Damit hat die Theorie eines Schwarzen Lochs eine faktische Bestätigung gefunden.

Eigenschaften von Schwarzen Löchern

Die Haupteigenschaft eines Schwarzen Lochs sind seine unglaublichen Gravitationsfelder, die es dem umgebenden Raum und der Zeit nicht erlauben, in ihrem üblichen Zustand zu bleiben. Ja, Sie haben richtig gehört, die Zeit in einem Schwarzen Loch fließt um ein Vielfaches langsamer als gewöhnlich, und wenn Sie dort wären und dann zurückkehren würden (wenn Sie so viel Glück hatten, natürlich), wären Sie überrascht zu bemerken, dass auf der Erde Jahrhunderte vergangen sind. und man wird nicht mal alt, hatte zeit. Obwohl wir ehrlich sein werden, wenn Sie sich in einem Schwarzen Loch befunden hätten, hätten Sie kaum überlebt, da die Schwerkraft dort so groß ist, dass jedes materielle Objekt einfach nicht einmal in Teile, sondern in Atome zerrissen würde.

Aber wäre man auch nur in der Nähe eines Schwarzen Lochs im Bereich seines Gravitationsfeldes, dann würde man es auch schwer haben, denn je mehr man seiner Schwerkraft widerstehen würde und versuchen würde, davonzufliegen, desto schneller würde man hineinfallen. Der Grund für dieses scheinbar Paradoxe ist das Gravitationswirbelfeld, das alle Schwarzen Löcher besitzen.

Was ist, wenn eine Person in ein Schwarzes Loch fällt?

Verdampfung von Schwarzen Löchern

Der englische Astronom S. Hawking entdeckte eine interessante Tatsache: Es stellte sich heraus, dass auch Schwarze Löcher emittieren. Dies gilt zwar nur für Löcher mit relativ geringer Masse. Die starke Schwerkraft um sie herum lässt Paare von Teilchen und Antiteilchen entstehen, von denen eines vom Loch angezogen und das zweite nach außen ausgestoßen wird. Daher sendet das Schwarze Loch harte Antiteilchen und Gammastrahlen aus. Diese Verdunstung oder Strahlung eines Schwarzen Lochs wurde nach dem Wissenschaftler benannt, der sie entdeckte - "Hawking-Strahlung".

Das größte Schwarze Loch

Nach der Theorie der Schwarzen Löcher befinden sich im Zentrum fast aller Galaxien riesige Schwarze Löcher mit Massen von mehreren Millionen bis mehreren Milliarden Sonnenmassen. Und vor relativ kurzer Zeit haben Wissenschaftler zwei der größten bisher bekannten Schwarzen Löcher entdeckt, die sich in zwei nahegelegenen Galaxien befinden: NGC 3842 und NGC 4849.

NGC 3842 ist die hellste Galaxie im Sternbild Löwe, etwa 320 Millionen Lichtjahre entfernt. In seinem Zentrum befindet sich ein riesiges Schwarzes Loch mit 9,7 Milliarden Sonnenmassen.

NGC 4849 ist eine Galaxie im Coma-Cluster, die 335 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist und ein ebenso beeindruckendes Schwarzes Loch besitzt.

Die Wirkungszonen des Gravitationsfeldes dieser riesigen Schwarzen Löcher, oder akademisch ihr Ereignishorizont, beträgt etwa die 5-fache Entfernung von der Sonne bis! Ein solches Schwarzes Loch würde unser Sonnensystem auffressen und nicht einmal ersticken.

Das kleinste Schwarze Loch

Aber es gibt sehr kleine Vertreter in der riesigen Familie der Schwarzen Löcher. Das von Wissenschaftlern derzeit entdeckte Zwergschwarze Loch hat also in Bezug auf seine Masse nur die 3-fache Masse unserer Sonne. Tatsächlich ist dies das theoretische Minimum, das für die Bildung eines Schwarzen Lochs erforderlich ist. Wenn dieser Stern etwas kleiner wäre, hätte sich das Loch nicht gebildet.

Schwarze Löcher sind Kannibalen

Ja, es gibt ein solches Phänomen, wie wir oben geschrieben haben, Schwarze Löcher sind eine Art "galaktische Staubsauger", die alles um sie herum absorbieren, einschließlich ... anderer schwarzer Löcher. Vor kurzem haben Astronomen entdeckt, dass ein Schwarzes Loch aus einer Galaxie von einem großen schwarzen Vielfraß aus einer anderen Galaxie gefressen wird.

Nach den Hypothesen einiger Wissenschaftler sind Schwarze Löcher nicht nur galaktische Staubsauger, die alles in sich aufnehmen, sondern können unter Umständen selbst neue Universen erzeugen.
Schwarze Löcher können mit der Zeit verdampfen. Wir haben oben geschrieben, dass der englische Wissenschaftler Stephen Hawking entdeckte, dass Schwarze Löcher die Eigenschaft von Strahlung haben, und nach einer sehr langen Zeit, wenn es nichts zu absorbieren gibt, beginnt das Schwarze Loch mehr zu verdampfen, bis es schließlich alles aufgibt seine Masse im umgebenden Raum. Obwohl dies nur eine Annahme ist, eine Hypothese.
Schwarze Löcher verlangsamen die Zeit und verzerren den Raum. Wir haben bereits über die Zeitdilatation geschrieben, aber der Raum wird unter den Bedingungen eines Schwarzen Lochs vollständig gekrümmt sein.
Schwarze Löcher begrenzen die Anzahl der Sterne im Universum. Ihre Gravitationsfelder verhindern nämlich die Abkühlung von Gaswolken im All, aus denen bekanntlich neue Sterne entstehen.

Discovery Channel Black Holes Video

Abschließend bieten wir Ihnen eine interessante wissenschaftliche Dokumentation über Schwarze Löcher aus dem Discovery Channel.

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