Juodųjų skylių tyrimas. Kas atrado juodąsias skyles? Žvelgiant į visatos gelmes

Juodosios skylės, tamsioji medžiaga, tamsioji medžiaga... Tai neabejotinai keisčiausi ir paslaptingiausi objektai erdvėje. Jų keistos savybės gali mesti iššūkį Visatos fizikos dėsniams ir net esamos tikrovės prigimtį. Norėdami suprasti, kas yra juodosios skylės, mokslininkai siūlo „pakeisti orientyrus“, išmokti mąstyti už dėžutės ribų ir pritaikyti šiek tiek vaizduotės. Juodosios skylės susidaro iš supermasyvių žvaigždžių šerdies, kurią galima apibūdinti kaip erdvės regioną, kuriame tuštumoje susitelkę didžiulė masė, ir niekas, net šviesa, negali išvengti gravitacinio traukos. Tai sritis, kurioje antrasis kosminis greitis viršija šviesos greitį: Ir kuo masyvesnis judėjimo objektas, tuo greičiau jis turi judėti, kad atsikratytų gravitacijos. Tai žinoma kaip antrasis erdvės greitis.

Collier enciklopedija juodosiomis skylėmis vadina erdvę erdvėje, atsiradusią dėl visiško gravitacinio materijos griūties, kurioje gravitacinė trauka tokia didelė, kad nei materija, nei šviesa, nei kiti informacijos nešėjai negali iš jos išeiti. Todėl juodosios skylės vidus nėra priežastiniu ryšiu susijęs su likusia visatos dalimi; fiziniai procesai, vykstantys juodosios skylės viduje, negali turėti įtakos procesams už jos ribų. Juodąją skylę supa paviršius, turintis vienkryptės membranos savybę: pro ją medžiaga ir spinduliuotė laisvai patenka į juodąją skylę, tačiau iš ten niekas negali ištrūkti. Šis paviršius vadinamas „įvykių horizontu“.

Atradimų istorija

Juodąsias skyles, kurias numatė bendroji reliatyvumo teorija (1915 m. Einšteino pasiūlyta gravitacijos teorija) ir kitas modernesnes gravitacijos teorijas, matematiškai pagrindė R. Oppenheimeris ir H. Snyderis 1939 m. Tačiau erdvės ir laiko savybes šalia jų objektai pasirodė tokie neįprasti, kad astronomai ir fizikai į juos rimtai nežiūrėjo jau 25 metus. Tačiau dėl astronominių atradimų septintojo dešimtmečio viduryje juodosios skylės atrodė kaip galima fizinė realybė. Nauji atradimai ir tyrinėjimai gali iš esmės pakeisti mūsų supratimą apie erdvę ir laiką, atskleisti milijardus kosminių paslapčių.

Juodųjų skylių susidarymas

Nors termobranduolinės reakcijos vyksta žvaigždės viduje, jos palaiko aukštą temperatūrą ir slėgį, neleidžiant žvaigždei susitraukti veikiant savo gravitacijai. Tačiau laikui bėgant branduolinis kuras išsenka ir žvaigždė pradeda trauktis. Skaičiavimai rodo, kad jei žvaigždės masė neviršys trijų Saulės masių, ji laimės „kovą su gravitacija“: jos gravitacinį kolapsą sustabdys „išsigimusios“ materijos slėgis, o žvaigždė amžinai virs baltoji nykštukė arba neutroninė žvaigždė. Bet jei žvaigždės masė yra didesnė nei trys Saulės masės, niekas negali sustabdyti jos katastrofiško žlugimo ir ji greitai pateks po įvykių horizontu, tapdama juodąja skyle.

Ar juodoji skylė yra spurgos skylė?

Nelengva pastebėti tai, kas neskleidžia šviesos. Vienas iš būdų rasti juodąją skylę yra ieškoti masyvių ir tamsioje erdvėje esančių sričių. Ieškodami tokio tipo objektų, astronomai juos rado dviejuose pagrindiniuose regionuose: galaktikų centruose ir dvinarių žvaigždžių sistemose mūsų galaktikoje. Iš viso, kaip teigia mokslininkai, tokių objektų yra dešimtys milijonų.

Dėl palyginti neseniai išaugusio susidomėjimo kurti populiariuosius mokslinius filmus kosmoso tyrinėjimo tema, šiuolaikinis žiūrovas daug girdėjo apie tokius reiškinius kaip singuliarumas arba juodoji skylė. Tačiau filmai, be abejo, neatskleidžia visos šių reiškinių prigimties, o kartais net iškreipia konstruojamas mokslines teorijas, siekdamos didesnio efektyvumo. Dėl šios priežasties daugelio šiuolaikinių žmonių mintis apie šiuos reiškinius yra arba visiškai paviršutiniška, arba visiškai klaidinga. Vienas iš problemos sprendimo būdų – šis straipsnis, kuriame pabandysime suprasti esamus tyrimų rezultatus ir atsakyti į klausimą – kas yra juodoji skylė?

1784 m. anglų kunigas ir gamtininkas Johnas Michellas laiške Karališkajai draugijai pirmą kartą paminėjo hipotetinį masyvų kūną, turintį tokį stiprų gravitacinį potraukį, kad antrasis kosminis greitis viršys šviesos greitį. Antrasis kosminis greitis yra greitis, kurio prireiks santykinai mažam objektui, kad įveiktų dangaus kūno gravitacinę trauką ir išeitų už uždaros orbitos aplink šį kūną. Jo skaičiavimais, kūno, kurio tankis yra Saulės ir kurio spindulys yra 500 saulės spindulių, paviršiuje bus antrasis kosminis greitis, lygus šviesos greičiui. Tokiu atveju net šviesa nepaliks tokio kūno paviršiaus, todėl šis kūnas tik sugers įeinančią šviesą ir liks nematomas stebėtojui – savotiška juoda dėmė tamsios erdvės fone.

Tačiau Michell supermasyvaus kūno koncepcija nesulaukė didelio susidomėjimo iki pat Einšteino darbo. Prisiminkime, kad pastarasis šviesos greitį apibrėžė kaip ribojantį informacijos perdavimo greitį. Be to, Einšteinas išplėtė gravitacijos teoriją greičiui, artimam šviesos greičiui (). Dėl to juodosioms skylėms taikyti Niutono teoriją nebebuvo aktualu.

Einšteino lygtis

Pritaikius bendrąjį reliatyvumą juodosioms skylėms ir išsprendus Einšteino lygtis, buvo nustatyti pagrindiniai juodosios skylės parametrai, kurių yra tik trys: masė, elektros krūvis ir kampinis momentas. Reikėtų pažymėti reikšmingą indų astrofiziko Subramaniano Čandrasekharo indėlį, sukūrusio pagrindinę monografiją „Juodųjų skylių matematinė teorija“.

Taigi Einšteino lygčių sprendimas pateikiamas keturiais keturių galimų juodųjų skylių tipų variantais:

BH be sukimosi ir be įkrovimo – Schwarzschildo sprendimas. Vienas pirmųjų juodosios skylės aprašymų (1916 m.), naudojant Einšteino lygtis, tačiau neatsižvelgiant į du iš trijų kūno parametrų. Vokiečių fiziko Karlo Schwarzschildo sprendimas leidžia apskaičiuoti sferinio masyvaus kūno išorinį gravitacinį lauką. Vokiečių mokslininko BH sampratos ypatumas yra įvykių horizonto buvimas ir už jo paslėptas dalykas. Be to, Schwarzschildas pirmiausia apskaičiavo gravitacinį spindulį, kuris gavo jo pavadinimą, kuris nustato sferos spindulį, kuriame būtų tam tikros masės kūno įvykių horizontas.
BH be sukimosi su įkrovimu - Reisner-Nordström sprendimas. 1916–1918 m. pasiūlytas sprendimas, atsižvelgiant į galimą juodosios skylės elektros krūvį. Šis krūvis negali būti savavališkai didelis ir yra ribotas dėl atsirandančio elektrinio atstūmimo. Pastarąjį turėtų kompensuoti gravitacinė trauka.
BH su sukimu ir be krūvio – Kerro tirpalas (1963). Besisukanti Kero juodoji skylė nuo statinės skiriasi tuo, kad yra vadinamoji ergosfera (apie šią ir kitus juodosios skylės komponentus skaitykite toliau).
BH su sukimu ir įkrovimu - Kerr - Newman sprendimas. Šis sprendimas buvo apskaičiuotas 1965 m. ir šiuo metu yra pats išsamiausias, nes jame atsižvelgiama į visus tris BH parametrus. Tačiau vis dar manoma, kad gamtoje juodosios skylės turi nereikšmingą krūvį.

Juodosios skylės susidarymas

Yra keletas teorijų apie tai, kaip susidaro ir atsiranda juodoji skylė, iš kurių žinomiausia yra pakankamai masės žvaigždės susidarymas dėl gravitacinio žlugimo. Šis suspaudimas gali užbaigti žvaigždžių, kurių masė viršija tris saulės mases, evoliuciją. Pasibaigus termobranduolinėms reakcijoms tokių žvaigždžių viduje, jos pradeda greitai subyrėti į supertankias. Jei neutroninės žvaigždės dujų slėgis negali kompensuoti gravitacinių jėgų, tai yra žvaigždės masė įveikia vadinamąją. Oppenheimerio-Volkovo riba, tada žlugimas tęsiasi, todėl materija suspaudžiama į juodąją skylę.

Antrasis scenarijus, apibūdinantis juodosios skylės gimimą, yra protogalaktinių dujų, ty tarpžvaigždinių dujų, kurios yra transformacijos į galaktiką ar tam tikrą spiečius, suspaudimas. Jei vidinio slėgio nepakanka, kad kompensuotų tas pačias gravitacijos jėgas, gali atsirasti juodoji skylė.

Kiti du scenarijai lieka hipotetiniai:

BH atsiradimas dėl to - vadinamasis. pirmapradžių juodųjų skylių.
Atsiradimas dėl branduolinių reakcijų esant didelei energijai. Tokių reakcijų pavyzdys yra greitintuvo eksperimentai.

Juodųjų skylių struktūra ir fizika

Schwarzschild juodosios skylės struktūra apima tik du elementus, kurie buvo paminėti anksčiau: juodosios skylės singuliarumą ir įvykių horizontą. Trumpai kalbant apie singuliarumą, galima pastebėti, kad per jį neįmanoma nubrėžti tiesios linijos, be to, dauguma egzistuojančių fizinių teorijų jame neveikia. Taigi singuliarumo fizika šiandien mokslininkams tebėra paslaptis. juodoji skylė yra tam tikra siena, kurią peržengęs fizinis objektas praranda galimybę grįžti atgal už savo ribų ir būtinai „pateks“ į juodosios skylės išskirtinumą.

Juodosios skylės struktūra tampa šiek tiek sudėtingesnė Kerr tirpalo atveju, būtent esant BH sukimuisi. Kerro sprendimas daro prielaidą, kad skylė turi ergosferą. Ergosfera – tam tikra sritis už įvykių horizonto, kurios viduje visi kūnai juda juodosios skylės sukimosi kryptimi. Ši sritis dar neįdomi ir ją galima palikti, skirtingai nei įvykių horizonte. Ergosfera tikriausiai yra savotiškas akrecinio disko, kuris sukasi aplink masyvius kūnus, analogas. Jei statinė Schwarzschildo juodoji skylė vaizduojama kaip juoda sfera, tai Kerry BH dėl ergosferos buvimo turi pailgo elipsoido formą, kurios formoje BH dažnai matėme piešiniuose, senuose filmuose ar Kompiuteriniai žaidimai.

Kiek sveria juodoji skylė? - Didžiausia teorinė medžiaga apie juodosios skylės kilmę yra jos atsiradimo scenarijui, kaip žvaigždės griūties rezultatas. Šiuo atveju didžiausią neutroninės žvaigždės masę ir mažiausią juodosios skylės masę lemia Oppenheimerio-Volkovo riba, pagal kurią apatinė BH masės riba yra 2,5 - 3 Saulės masės. Sunkiausios kada nors atrastos juodosios skylės (galaktikoje NGC 4889) masė siekia 21 milijardą Saulės masių. Tačiau nereikėtų pamiršti apie BH, hipotetiškai atsirandančius dėl branduolinių reakcijų esant didelei energijai, pavyzdžiui, susidūrimo įrenginiuose. Tokių kvantinių juodųjų skylių, kitaip tariant „Planko juodųjų skylių“, masė yra 2 · 10–5 g.
Juodosios skylės dydis. Minimalus BH spindulys gali būti apskaičiuojamas iš minimalios masės (2,5 - 3 saulės masės). Jei Saulės gravitacinis spindulys, tai yra sritis, kurioje būtų įvykių horizontas, yra apie 2,95 km, tai minimalus 3 saulės masių BH spindulys bus apie devynis kilometrus. Toks palyginti mažas dydis netelpa į galvą, kai kalbama apie masyvius objektus, kurie traukia viską aplinkui. Tačiau kvantinių juodųjų skylių spindulys yra – 10–35 m.
Vidutinis juodosios skylės tankis priklauso nuo dviejų parametrų: masės ir spindulio. Juodosios skylės, kurios masė yra maždaug trys saulės masės, tankis yra apie 6 · 10 26 kg / m³, o vandens tankis yra 1000 kg / m³. Tačiau tokių mažų juodųjų skylių mokslininkai nerado. Daugumos aptiktų BH masė yra didesnė nei 10 5 saulės masės. Yra įdomus modelis, pagal kurį kuo masyvesnė juodoji skylė, tuo mažesnis jos tankis. Šiuo atveju masės pokytis 11 dydžių lemia tankio pasikeitimą 22 dydžiais. Taigi juodosios skylės, kurios masė yra 1 · 10 9 saulės masės, tankis yra 18,5 kg / m³, tai yra vienu vienetu mažesnis už aukso tankį. O BH, kurių masė didesnė nei 10 10 saulės masių, vidutinis tankis gali būti mažesnis už oro tankį. Remiantis šiais skaičiavimais, logiška manyti, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl didelio medžiagos kiekio susikaupimo tam tikrame tūryje. Kvantinių BH atveju jų tankis gali būti apie 1094 kg / m³.
Juodosios skylės temperatūra taip pat yra atvirkščiai proporcinga jos masei. Ši temperatūra yra tiesiogiai susijusi su. Šios spinduliuotės spektras sutampa su absoliučiai juodo kūno spektru, tai yra kūno, kuris sugeria visą krintančią spinduliuotę. Absoliučiai juodo kūno spinduliuotės spektras priklauso tik nuo jo temperatūros, tada BH temperatūrą galima nustatyti iš Hokingo spinduliuotės spektro. Kaip minėta aukščiau, kuo mažesnė juodoji skylė, tuo ši spinduliuotė yra galingesnė. Šiuo atveju Hokingo spinduliuotė lieka hipotetinė, nes astronomai jos dar nepastebėjo. Iš to išplaukia, kad jei Hokingo spinduliuotė egzistuoja, tai stebimų BH temperatūra yra tokia žema, kad neleidžia registruoti nurodytos spinduliuotės. Remiantis skaičiavimais, net skylės, kurios masė yra panaši į Saulės masę, temperatūra yra nereikšminga (1 · 10 -7 K arba -272 ° C). Kvantinių juodųjų skylių temperatūra gali siekti apie 10 12 K, o joms greitai išgaruojant (apie 1,5 min.), tokie BH gali skleisti dešimties milijonų atominių bombų energijos. Tačiau, laimei, tokių hipotetinių objektų sukūrimui reikės 10 14 kartų didesnės energijos nei šiandien gaunama Didžiajame hadronų greitintuve. Be to, tokių reiškinių astronomai niekada nepastebėjo.

Iš ko susideda juodoji skylė?

Kitas klausimas neramina ir mokslininkus, ir tuos, kurie tiesiog mėgsta astrofiziką – iš ko susideda juodoji skylė? Vienareikšmiško atsakymo į šį klausimą nėra, nes neįmanoma pažvelgti už bet kurią juodąją skylę supančio įvykių horizonto. Be to, kaip minėta anksčiau, teoriniai juodosios skylės modeliai numato tik 3 jos komponentus: ergosferą, įvykių horizontą ir singuliarumą. Logiška manyti, kad ergosferoje yra tik tie objektai, kuriuos patraukė juodoji skylė ir kurie dabar sukasi aplink ją – įvairūs kosminiai kūnai ir kosminės dujos. Įvykių horizontas tėra plonytė numanoma riba, kurią užkritus tie patys kosminiai kūnai negrįžtamai traukia prie paskutinio pagrindinio BH komponento – singuliarumo. Singuliarumo prigimtis šiandien netirta ir apie jo sudėtį kalbėti dar anksti.

Remiantis kai kuriomis prielaidomis, juodoji skylė gali būti sudaryta iš neutronų. Jei laikysimės juodosios skylės scenarijaus, kai žvaigždė suspaudžiama į neutroninę žvaigždę ir jos vėlesnis susitraukimas, tada tikriausiai didžiąją juodosios skylės dalį sudaro neutronai, iš kurių susideda pati neutroninė žvaigždė. Paprastais žodžiais tariant: kai žvaigždė žlunga, jos atomai susitraukia taip, kad elektronai susijungia su protonais ir taip susidaro neutronai. Panaši reakcija iš tikrųjų vyksta gamtoje, o neutrinų emisija vyksta susidarant neutronui. Tačiau tai tik prielaidos.

Kas atsitiks, jei pateksite į juodąją skylę?

Įkritimas į astrofizinę juodąją skylę ištempia kūną. Apsvarstykite hipotetinį savižudį astronautą, kuris žengia į juodąją skylę tik su skafandru, kojomis pirmiau. Kirtęs įvykių horizontą, astronautas nepastebės jokių pokyčių, nepaisant to, kad nebeturi galimybės išlipti. Tam tikru momentu astronautas pasieks tašką (šiek tiek už įvykių horizonto), kuriame prasidės jo kūno deformacija. Kadangi juodosios skylės gravitacinis laukas yra nehomogeniškas ir jį vaizduoja didėjantis jėgos gradientas link centro, astronauto kojos bus veikiamos žymiai didesnio gravitacinio poveikio nei, pavyzdžiui, galva. Tada dėl gravitacijos, tiksliau, potvynio jėgų, kojos „nukris“ greičiau. Taigi kūnas pradeda palaipsniui tempti ilgį. Šiam reiškiniui apibūdinti astrofizikai sugalvojo gana kūrybišką terminą – spagetifikacija. Tolesnis kūno tempimas greičiausiai suskaidys jį į atomus, kurie anksčiau ar vėliau pasieks singuliarumą. Ką žmogus jaus šioje situacijoje, gali spėlioti. Verta paminėti, kad kūno tempimo efektas yra atvirkščiai proporcingas juodosios skylės masei. Tai yra, jei trijų Saulių masės BH akimirksniu ištempia / sulaužys kūną, tada supermasyvi juodoji skylė turės mažesnes potvynio jėgas ir yra pasiūlymų, kad kai kurios fizinės medžiagos gali „ištverti“ tokią deformaciją neprarasdamos savo struktūros.

Kaip žinia, prie masyvių objektų laikas teka lėčiau, vadinasi, savižudžio astronauto laikas tekės daug lėčiau nei žemiečiams. Tokiu atveju galbūt jis pergyvens ne tik savo draugus, bet ir pačią Žemę. Reikės atlikti skaičiavimus norint nustatyti, kiek astronautui sulėtės laikas, tačiau iš to, kas išdėstyta aukščiau, galima daryti prielaidą, kad astronautas į juodąją skylę kris labai lėtai ir galbūt tiesiog nesulauks to momento, kai jo kūnas pradeda deformuotis.

Pastebėtina, kad stebėtojui lauke visi kūnai, atskridę iki įvykių horizonto, liks šio horizonto pakraštyje, kol jų vaizdas išnyks. To priežastis – gravitacinis raudonasis poslinkis. Šiek tiek supaprastinus galima teigti, kad šviesa, krintanti ant įvykio horizonte „užšalusio“ savižudžio kosmonauto kūno, dėl sulėtėjusio laiko keis savo dažnį. Laikui bėgant lėčiau, šviesos dažnis mažės, o bangos ilgis padidės. Dėl šio reiškinio prie išėjimo, tai yra išoriniam stebėtojui, šviesa palaipsniui pasislinks žemo dažnio - raudonos - link. Vyks šviesos poslinkis palei spektrą, nes savižudis astronautas, nors ir beveik nepastebimai, vis labiau tolsta nuo stebėtojo, o jo laikas slenka vis lėčiau. Taigi, jo kūno atspindima šviesa greitai išeis už matomo spektro ribų (vaizdas išnyks), o ateityje astronauto kūną bus galima pagauti tik infraraudonųjų spindulių srityje, o vėliau radijo dažnyje ir dėl to. , spinduliuotė bus visiškai nepagaunama.

Nepaisant to, kas išdėstyta pirmiau, daroma prielaida, kad labai didelėse supermasyviose juodosiose skylėse potvynių jėgos taip nesikeičia atsižvelgiant į atstumą ir beveik vienodai veikia krintantį kūną. Tokiu atveju krintantis erdvėlaivis išlaikytų savo struktūrą. Kyla pagrįstas klausimas – kur veda juodoji skylė? Į šį klausimą gali atsakyti kai kurių mokslininkų darbai, susiejantys du tokius reiškinius kaip kirmgraužos ir juodosios skylės.

Dar 1935 m. Albertas Einšteinas ir Nathanas Rosenas, atsižvelgdami į tai, iškėlė hipotezę apie vadinamųjų kirmgraužų egzistavimą, jungiančių du erdvėlaikio taškus keliu reikšmingo pastarojo kreivumo vietose - Einšteino-Roseno. tiltas ar kirmgrauža. Tokiam galingam erdvės kreivumui reikės milžiniškos masės kūnų, su kurių vaidmeniu puikiai susidorotų juodosios skylės.

Einšteino-Rozeno tiltas laikomas nepravažiuojama kirmgrauža, nes yra mažas ir nestabilus.

Juodųjų ir baltųjų skylių teorijos rėmuose galima peržengti kirmgraužą. Kai baltoji skylė yra juodojoje skylėje įstrigusios informacijos išvestis. Baltoji skylė aprašyta bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, tačiau šiandien ji tebėra hipotetinė ir nebuvo atrasta. Kitas kirmgraužos modelis, kurį pasiūlė amerikiečių mokslininkai Kipas Thorne'as ir jo absolventas Mike'as Morrisas, gali būti vaikščioti. Tačiau, kaip ir Moriso-Thorne'o kirmgraužos atveju, ir juodųjų ir baltųjų skylių atveju, norint keliauti, būtina egzotiška vadinamoji egzotinė medžiaga, kuri turi neigiamą energiją ir taip pat lieka hipotetinė.

Juodosios skylės visatoje

Juodųjų skylių egzistavimas buvo patvirtintas palyginti neseniai (2015 m. rugsėjį), tačiau tuo metu jau buvo daug teorinės medžiagos apie BH prigimtį, taip pat daug objektų, galinčių atlikti juodosios skylės vaidmenį. Visų pirma, reikia atsižvelgti į BH dydį, nes nuo jų priklauso pats reiškinio pobūdis:

Žvaigždžių masės juodoji skylė... Tokie objektai susidaro dėl žvaigždės griūties. Kaip minėta anksčiau, minimali kūno, galinčio suformuoti tokią juodąją skylę, masė yra 2,5–3 saulės masės.
Vidutinės masės juodosios skylės... Sąlyginis tarpinis juodųjų skylių tipas, išaugęs dėl netoliese esančių objektų, pvz., dujų kaupimosi, netoliese esančios žvaigždės (dviejų žvaigždžių sistemose) ir kitų kosminių kūnų, absorbcijos.
Supermasyvi juodoji skylė... Kompaktiški objektai su 10 5 -10 10 saulės masių. Išskirtinės tokių BH savybės yra paradoksaliai mažas tankis, taip pat silpnos potvynio jėgos, kurios buvo paminėtos anksčiau. Tai tokia supermasyvi juodoji skylė mūsų Paukščių Tako galaktikos (Sagittarius A *, Sgr A *), kaip ir daugumos kitų galaktikų, centre.

Kandidatai į Juoduosius namus

Artimiausia juodoji skylė, tiksliau, kandidatas į BH vaidmenį, yra objektas (V616 Unicorn), esantis 3000 šviesmečių atstumu nuo Saulės (mūsų galaktikoje). Jį sudaro du komponentai: žvaigždė, kurios masė yra pusė saulės masės, taip pat nematomas mažas kūnas, kurio masė yra 3–5 saulės masės. Jei šis objektas pasirodys esanti maža žvaigždžių masės juodoji skylė, tada dešinėje jis bus artimiausias BH.

Po šio objekto antra artimiausia juodoji skylė yra Cyg X-1 objektas, kuris buvo pirmasis kandidatas į BH vaidmenį. Atstumas iki jo yra maždaug 6070 šviesmečių. Jis yra gerai ištirtas: jo masė yra 14,8 saulės masės, o įvykių horizonto spindulys yra apie 26 km.

Kai kurių šaltinių teigimu, dar vienas artimiausias kandidatas į BH vaidmenį gali būti žvaigždžių sistemos V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) kūnas, kuris, 1999 m. skaičiavimais, buvo 1600 šviesmečių atstumu. Tačiau vėlesni tyrimai padidino šį atstumą mažiausiai 15 kartų.

Kiek juodųjų skylių yra mūsų galaktikoje?

Tikslaus atsakymo į šį klausimą nėra, nes juos stebėti gana sunku, o per visą dangaus tyrimo laiką mokslininkams Paukščių Tako viduje pavyko rasti apie tuziną juodųjų skylių. Nesileidžiant į skaičiavimus, pastebime, kad mūsų galaktikoje yra apie 100–400 milijardų žvaigždžių ir maždaug kiekviena tūkstantoji žvaigždė turi pakankamai masės, kad susidarytų juodoji skylė. Tikėtina, kad per Paukščių Tako egzistavimą galėjo susidaryti milijonai juodųjų skylių. Kadangi didžiules juodąsias skyles registruoti lengviau, logiška manyti, kad dauguma mūsų galaktikos BH greičiausiai nėra supermasyvios. Pastebėtina, kad 2005 metų NASA tyrimai rodo, kad aplink galaktikos centrą skrieja juodųjų skylių būrys (10-20 tūkst.). Be to, 2016 m. japonų astrofizikai netoli objekto aptiko didžiulį palydovą * – juodąją skylę, Paukščių Tako šerdį. Dėl mažo šio kūno spindulio (0,15 šviesmečio) ir didžiulės masės (100 000 Saulės masių) mokslininkai teigia, kad šis objektas taip pat yra supermasyvi juodoji skylė.

Mūsų galaktikos šerdis, Paukščių Tako juodoji skylė (Sagittarius A *, Sgr A * arba Sagittarius A *) yra supermasyvi, jos masė yra 4,31 10 6 Saulės masės, o spindulys – 0,00071 šviesmečio (6,25 šviesmečio). arba 6,75 milijardo km). Šaulio A * temperatūra kartu su spiečiumi aplink jį yra apie 1 · 10 7 K.

Didžiausia juodoji skylė

Didžiausia juodoji skylė Visatoje, kurią atrado mokslininkai, yra supermasyvi juodoji skylė FSRQ blazar, esanti galaktikos S5 0014 + 81 centre, 1,2 10 10 šviesmečių atstumu nuo Žemės. Remiantis preliminariais stebėjimo rezultatais, naudojant Swift kosminę observatoriją, BH masė buvo 40 milijardų (40 · 10 9) saulės masių, o tokios skylės Schwarzschildo spindulys buvo 118,35 milijardo kilometrų (0,013 šviesmečių). Taip pat manoma, kad jis atsirado prieš 12,1 milijardo metų (1,6 milijardo metų po Didžiojo sprogimo). Jei ši milžiniška juodoji skylė nesugers aplinkinės medžiagos, ji išliks iki juodųjų skylių eros – vienos iš Visatos raidos epochų, kurios metu joje vyraus juodosios skylės. Jei galaktikos S5 0014 + 81 branduolys ir toliau augs, tada jis taps viena iš paskutinių juodųjų skylių, kurios egzistuos Visatoje.

Kitos dvi žinomos juodosios skylės, nors ir neturi savo pavadinimų, turi didžiausią reikšmę juodųjų skylių tyrimams, nes patvirtino jų egzistavimą eksperimentiškai, taip pat davė svarbių rezultatų tiriant gravitaciją. Kalbame apie įvykį GW150914, kuris vadinamas dviejų juodųjų skylių susidūrimu į vieną. Šis renginys suteikė galimybę užsiregistruoti.

Juodųjų skylių aptikimas

Prieš svarstant juodųjų skylių aptikimo būdus, reikėtų atsakyti į klausimą – kodėl juodoji skylė yra juoda? - atsakymas į jį nereikalauja gilių astrofizikos ir kosmologijos žinių. Faktas yra tas, kad juodoji skylė sugeria visą į ją patenkančią spinduliuotę ir visiškai neišspinduliuoja, jei neatsižvelgsime į hipotetinę. Jei panagrinėsime šį reiškinį išsamiau, galime daryti prielaidą, kad procesai, lemiantys energijos išsiskyrimą elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu, nevyksta juodųjų skylių viduje. Tada, jei BH spinduliuoja, tada jis yra Hokingo spektre (kuris sutampa su įkaitusio, visiškai juodo kūno spektru). Tačiau, kaip minėta anksčiau, ši spinduliuotė nebuvo aptikta, o tai rodo visiškai žemą juodųjų skylių temperatūrą.

Kita visuotinai pripažinta teorija teigia, kad elektromagnetinė spinduliuotė visiškai nepajėgi palikti įvykių horizonto. Labiausiai tikėtina, kad fotonų (šviesos dalelių) netraukia masyvūs objektai, nes, remiantis teorija, jie patys neturi masės. Tačiau juodoji skylė vis tiek „pritraukia“ šviesos fotonus, iškreipdama erdvėlaikį. Jeigu juodąją skylę erdvėje įsivaizduosime kaip savotišką įdubimą lygiame erdvėlaikio paviršiuje, tai nuo juodosios skylės centro yra tam tikras atstumas, prie kurio artėjant šviesa nebegalės tolti. Tai yra, grubiai tariant, šviesa pradeda „kristi“ į „duobę“, kuri net neturi „dugno“.

Be to, jei atsižvelgsime į gravitacinio raudonojo poslinkio poveikį, gali būti, kad šviesa juodojoje skylėje praranda savo dažnį ir pasislenka išilgai spektro į žemo dažnio ilgos bangos spinduliuotės sritį, kol praranda energiją. iš viso.

Taigi juodoji skylė yra juoda, todėl ją sunku aptikti erdvėje.

Aptikimo metodai

Apsvarstykite metodus, kuriuos astronomai naudoja juodajai skylei aptikti:

Be minėtų metodų, mokslininkai dažnai sieja tokius objektus kaip juodosios skylės ir. Kvazarai yra tam tikros kosminių kūnų ir dujų sankaupos, kurios yra vienas ryškiausių astronominių objektų Visatoje. Kadangi jie turi didelį liuminescencijos intensyvumą esant santykinai mažiems dydžiams, yra pagrindo manyti, kad šių objektų centras yra supermasyvi juodoji skylė, kuri pritraukia aplinkinę medžiagą. Dėl tokios galingos gravitacinės traukos pritraukta medžiaga yra tokia karšta, kad spinduliuoja intensyviai. Tokių objektų radimas paprastai lyginamas su juodosios skylės radimu. Kartais kvazarai gali spinduliuoti dviem kryptimis įkaitintos plazmos sroves – reliatyvistines. Tokių čiurkšlių (purkštukų) atsiradimo priežastys nėra iki galo aiškios, tačiau greičiausiai jas sukelia BH ir akrecinio disko magnetinių laukų sąveika, o ne tiesioginė juodoji skylė.

Srautas galaktikoje M87, atsitrenkęs iš BH centro

Apibendrinant tai, kas išdėstyta, iš arti galima įsivaizduoti: tai sferinis juodas objektas, aplink kurį sukasi stipriai įkaitusi medžiaga, sudarydama šviečiantį akrecinį diską.

Juodųjų skylių susiliejimas ir susidūrimas

Vienas įdomiausių astrofizikos reiškinių – juodųjų skylių susidūrimas, kuris taip pat leidžia aptikti tokius masyvius astronominius kūnus. Tokie procesai domina ne tik astrofizikus, nes fizikų menkai ištirti reiškiniai tampa jų pasekmėmis. Ryškiausias pavyzdys – anksčiau minėtas įvykis pavadinimu GW150914, kai dvi juodosios skylės priartėjo tiek, kad dėl abipusės gravitacinės traukos susiliejo į vieną. Svarbi šio susidūrimo pasekmė buvo gravitacinių bangų atsiradimas.

Pagal gravitacinių bangų apibrėžimą, tai gravitacinio lauko pokyčiai, sklindantys panašiu būdu iš masyvių judančių objektų. Kai du tokie objektai priartėja vienas prie kito, jie pradeda suktis aplink bendrą svorio centrą. Kai jie artėja vienas prie kito, jų sukimasis aplink savo ašį didėja. Tokie kintami gravitacinio lauko svyravimai tam tikru momentu gali sudaryti vieną galingą gravitacinę bangą, kuri gali sklisti erdvėje milijonus šviesmečių. Taigi 1,3 milijardo šviesmečių atstumu susidūrė dvi juodosios skylės, suformuodamos galingą gravitacinę bangą, kuri Žemę pasiekė 2015 metų rugsėjo 14 dieną ir buvo užfiksuota LIGO ir VIRGO detektorių.

Kaip miršta juodosios skylės?

Akivaizdu, kad juodoji skylė nustotų egzistuoti, ji turės prarasti visą savo masę. Tačiau pagal jos apibrėžimą niekas negali palikti juodosios skylės ribų, jei ji peržengė įvykių horizontą. Žinoma, kad sovietų fizikas teoretikas Vladimiras Gribovas pirmasis paminėjo juodosios skylės galimybę išmesti daleles diskusijoje su kitu sovietų mokslininku Jakovu Zeldovičiumi. Jis teigė, kad kvantinės mechanikos požiūriu juodoji skylė gali išmesti daleles per tunelio efektą. Vėliau, pasitelkęs kvantinę mechaniką, anglų fizikas teorinis Stephenas Hawkingas sukūrė savo, kiek kitokią teoriją. Daugiau apie šį reiškinį galite paskaityti. Trumpai tariant, vakuume yra vadinamosios virtualios dalelės, kurios nuolat gimsta poromis ir naikina viena kitą, kartu nesąveikdamos su išoriniu pasauliu. Bet jei tokios poros atsiranda juodosios skylės įvykių horizonte, tai hipotetiškai stipri gravitacija gali jas atskirti, kai viena dalelė patenka į BH vidų, o kita pasitraukia iš juodosios skylės. O kadangi iš skylės išbėgančią dalelę galima stebėti, todėl jos energija yra teigiama, tai į skylę patenkanti dalelė turi turėti neigiamą energiją. Taigi juodoji skylė praras savo energiją ir atsiras efektas, vadinamas juodosios skylės išgaravimu.

Pagal turimus juodosios skylės modelius, kaip minėta anksčiau, mažėjant jos masei, jos spinduliavimas tampa intensyvesnis. Tada paskutiniame BH egzistavimo etape, kai jis gali sumažėti iki kvantinės juodosios skylės dydžio, jis išskirs didžiulį energijos kiekį spinduliuotės pavidalu, kuris gali prilygti tūkstančiams ar net milijonams atominės bombos. Šis įvykis kažkuo primena juodosios skylės sprogimą, tarsi ta pati bomba. Remiantis skaičiavimais, dėl Didžiojo sprogimo galėjo atsirasti pirmykščių juodųjų skylių, o tos iš jų, kurių masė yra apie 10 12 kg, maždaug mūsų laikais turėjo išgaruoti ir sprogti. Kad ir kaip būtų, tokių sprogimų astronomai niekada nepastebėjo.

Nepaisant Hawkingo pasiūlyto juodųjų skylių naikinimo mechanizmo, Hokingo spinduliuotės savybės kvantinės mechanikos sistemoje sukelia paradoksą. Jei juodoji skylė sugeria kūną, o po to praranda masę, susidariusią dėl šio kūno sugėrimo, tada, nepaisant kūno pobūdžio, juodoji skylė nesiskirs nuo tos, kuri buvo prieš kūno absorbciją. Tokiu atveju informacija apie kūną prarandama visam laikui. Teorinių skaičiavimų požiūriu, pradinės grynos būsenos transformacija į gautą mišrią („terminę“) būseną neatitinka dabartinės kvantinės mechanikos teorijos. Šis paradoksas kartais vadinamas informacijos išnykimu juodojoje skylėje. Galutinis šio paradokso sprendimas nerastas. Žinomos paradokso sprendimo galimybės:

Hokingo teorijos nenuoseklumas. Tai reiškia, kad neįmanoma sunaikinti juodosios skylės ir jos nuolat augti.
Baltųjų skylių buvimas. Tokiu atveju sugerta informacija nedingsta, o tiesiog išmetama į kitą Visatą.
Visuotinai priimtos kvantinės mechanikos teorijos nenuoseklumas.

Neišspręstos juodosios skylės fizikos problemos

Matyt, kas buvo aprašyta anksčiau, nors juodosios skylės tyrinėtos gana ilgai, jos vis dar turi daug bruožų, kurių veikimo mechanizmai mokslininkams dar nežinomi.

1970 metais anglų mokslininkas suformulavo vadinamąją. „Kosminės cenzūros principas“ – „Gamta bjaurisi nuogo singuliarumo“. Tai reiškia, kad singuliarumas susidaro tik nuo akių paslėptose vietose, pavyzdžiui, juodosios skylės centre. Tačiau šis principas dar neįrodytas. Taip pat yra teorinių skaičiavimų, pagal kuriuos gali atsirasti „nuogas“ singuliarumas.
Taip pat nebuvo įrodyta teorema „be plaukų“, pagal kurią juodosios skylės turi tik tris parametrus.
Visiška juodosios skylės magnetosferos teorija nebuvo sukurta.
Gravitacinio singuliarumo prigimtis ir fizika nebuvo tirti.
Nėra tiksliai žinoma, kas nutinka paskutiniame juodosios skylės egzistavimo etape ir kas lieka po kvantinio skilimo.

Įdomūs faktai apie juodąsias skyles

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, yra keletas įdomių ir neįprastų juodųjų skylių prigimties bruožų:

BH turi tik tris parametrus: masę, elektros krūvį ir kampinį momentą. Dėl tokio mažo skaičiaus šio kūno charakteristikų teorema, kuri tai teigia, vadinama „neplaukų teorema“. Taip atsirado ir frazė „juodoji skylė neturi plaukų“, reiškianti, kad dvi juodosios skylės yra absoliučiai identiškos, trys paminėti jų parametrai yra vienodi.
BH tankis gali būti mažesnis už oro tankį, o temperatūra artima absoliučiam nuliui. Iš to galima daryti prielaidą, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl to, kad tam tikrame tūryje susikaupia didelis kiekis medžiagos.
BH absorbuotų kūnų laikas bėga daug lėčiau nei išorinio stebėtojo. Be to, absorbuoti kūnai yra gerokai ištempti juodosios skylės viduje, kurią mokslininkai pavadino – spagetifikacija.
Mūsų galaktikoje gali būti apie milijonas juodųjų skylių.
Tikriausiai kiekvienos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė.
Ateityje, pagal teorinį modelį, visata pasieks vadinamąją juodųjų skylių erą, kai juodosios skylės taps dominuojančiais kūnais visatoje.

Juodųjų skylių egzistavimo hipotezę pirmasis iškėlė anglų astronomas J. Michell 1783 m., remdamasis korpuskuline šviesos teorija ir Niutono gravitacijos teorija. Tuo metu Huygenso bangų teorija ir garsusis jo bangų principas buvo tiesiog pamiršti. Bangų teorijai nepadėjo parama kai kurių iškilių mokslininkų, ypač žinomų Sankt Peterburgo akademikų M.V. Lomonosovas ir L. Euleris. Samprotavimo logika, atvedusi Michellą prie juodosios skylės koncepcijos, yra labai paprasta: jei šviesa susideda iš šviečiančio eterio dalelių-kūnelių, tai šios dalelės, kaip ir kiti kūnai, turėtų patirti trauką iš gravitacinio lauko pusės. Vadinasi, kuo žvaigždė (ar planeta) masyvesnė, tuo stipresnę trauką iš jos pusės turi patirti kūneliai ir tuo sunkiau šviesai išeiti iš tokio kūno paviršiaus.

Tolesnė logika leidžia manyti, kad gamtoje gali egzistuoti tokios masyvios žvaigždės, kurių traukos ląstelės nebegali įveikti, o išoriniam stebėtojui jos visada atrodys juodos, nors pačios gali spindėti akinamu spindesiu, kaip Saulė. Fiziškai tai reiškia, kad antrasis kosminis greitis tokios žvaigždės paviršiuje turėtų būti ne mažesnis už šviesos greitį. Michell skaičiavimai rodo, kad šviesa niekada nepaliks žvaigždės, jei jos spindulys, esant vidutiniam saulės tankiui, yra 500 saulės spindulių. Tokią žvaigždę jau galima vadinti juodąja skyle.

Po 13 metų prancūzų matematikas ir astronomas P.S. Laplasas, greičiausiai, nepriklausomai nuo Michell, išreiškė panašią hipotezę apie tokių egzotiškų objektų egzistavimą. Naudodamas sudėtingą skaičiavimo metodą, Laplasas nustatė sferos spindulį tam tikram tankiui, kurio paviršiuje parabolinis greitis yra lygus šviesos greičiui. Laplaso teigimu, šviesos korpusus, būdami gravituojančios dalelės, turėtų uždelsti masyvios šviesą skleidžiančios žvaigždės, kurių tankis lygus Žemės tankiui, o spindulys yra 250 kartų didesnis nei saulės.

Ši Laplaso teorija buvo įtraukta tik į pirmuosius du jo žinomos knygos „Pasaulio sistemos pristatymas“, išleistos 1796 ir 1799 m., leidimus. Taip, galbūt Laplaso teorija susidomėjo austrų astronomas FK von Zachas, 1798 metais paskelbęs ją pavadinimu „Teoremos, kad sunkaus kūno gravitacijos jėga gali būti tokia didelė, kad šviesa negali ištekėti, įrodymas“.

Šiuo metu juodųjų skylių tyrimų istorija buvo sustabdyta daugiau nei 100 metų. Atrodo, kad pats Laplasas tyliai atsisakė tokios ekstravagantiškos hipotezės, nes išbraukė ją iš visų kitų savo knygos, išleistos 1808, 1813 ir 1824 m., leidimų. Galbūt Laplasas nenorėjo pakartoti beveik fantastiškos hipotezės, kad kolosalios žvaigždės nebeskleidžia šviesos. Galbūt jį sustabdė nauji astronominiai duomenys apie skirtingų žvaigždžių šviesos aberacijos dydžio nekintamumą, o tai prieštarauja kai kurioms jo teorijos išvadoms, kuriomis jis rėmėsi savo skaičiavimais. Tačiau labiausiai tikėtina priežastis, dėl kurios visi pamiršo paslaptingus hipotetinius Michell-Laplace objektus, yra šviesos bangų teorijos triumfas, kurio triumfo procesija prasidėjo ankstyvaisiais XIX a.

Šio triumfo pradžią padėjo 1801 metais paskelbta anglų fiziko T. Jungo Bookerio paskaita „Šviesos ir spalvos teorija“, kurioje Jungas drąsiai, nepaisydamas Niutono ir kitų garsių korpuskuliarinės teorijos šalininkų (tarp jų ir Laplaso) , apibūdino šviesos bangų teorijos esmę, sakydamas, kad skleidžiama šviesa susideda iš banguojančių šviečiančio eterio judesių. Laplasas, įkvėptas šviesos poliarizacijos atradimo, pradėjo „gelbėti“ korpusus, sukurdamas dvigubo šviesos lūžio kristaluose teoriją, remdamasis dvigubu kristalų molekulių poveikiu šviesos korpusams. Tačiau vėlesni fizikų O. Zh. Fresnelis, F.D. Aragonas, J. Fraunhoferis ir kiti nepaliko akmens nuo korpuskulinės teorijos, kuri rimtai buvo prisiminta tik praėjus šimtmečiui, atradus kvantus. Visi samprotavimai apie juodąsias skyles šviesos bangų teorijos rėmuose tuo metu atrodė juokingi.

Apie juodąsias skyles jie prisiminė ne iš karto net po korpuskulinės šviesos teorijos „reabilitacijos“, kai kvantų (1900 m.) ir fotonų (1905 m.) hipotezės dėka apie ją pradėta kalbėti nauju kokybiniu lygmeniu. Antrą kartą juodosios skylės buvo atrastos tik po bendrosios reliatyvumo teorijos sukūrimo 1916 m., kai vokiečių teorinis fizikas ir astronomas K. Schwarzschildas, praėjus keliems mėnesiams po Einšteino lygčių paskelbimo, panaudojo jomis tirdamas kreivosios erdvės-laiko struktūrą m. Saulės apylinkės. Dėl to jis iš naujo atrado juodųjų skylių fenomeną, bet gilesniame lygmenyje.

Paskutinis teorinis juodųjų skylių atradimas įvyko 1939 m., kai Oppenheimeris ir Snyderis atliko pirmąjį aiškų Einšteino lygčių sprendimą, aprašydami juodosios skylės susidarymą iš griūvančio dulkių debesies. Pats terminas „juodoji skylė“ pirmą kartą į mokslą buvo įtrauktas amerikiečių fiziko J. Wheelerio 1968 m., tais metais, kai sparčiai atgijo susidomėjimas bendrosios reliatyvumo teorija, kosmologija ir astrofizika, kurią nulėmė neatmosferinės (ypač) pasiekimai. , rentgeno) astronomija, reliktinės spinduliuotės, pulsarų ir kvazarų atradimas.

Juodosios skylės yra bene paslaptingiausi ir paslaptingiausi astronominiai objektai mūsų Visatoje, nes jų atradimas patraukė žinovų dėmesį ir sužadino mokslinės fantastikos rašytojų vaizduotę. Kas yra juodosios skylės ir kas jos? Juodosios skylės yra užgesusios žvaigždės dėl savo fizinių savybių, turinčios tokį didelį tankį ir tokią galingą gravitaciją, kad net šviesa iš jų negali ištrūkti.

Juodųjų skylių atradimo istorija

Pirmą kartą teorinį juodųjų skylių egzistavimą, dar gerokai prieš faktinį jų atradimą, pasiūlė tam tikras D. Michelis (anglų kunigas iš Jorkšyro, laisvalaikiu mėgstantis astronomiją) tolimoje 1783 m. Jo skaičiavimais, paėmus mūsiškį ir suspaudus (šiuolaikine kompiuterine kalba - suarchyvavus) iki 3 km spindulio, susidaro tokia didelė (tiesiog milžiniška) gravitacijos jėga, kad net šviesa negali iš jos išeiti. Taip atsirado „juodosios skylės“ sąvoka, nors iš tikrųjų ji visai nejuoda, mūsų nuomone labiau tiktų terminas „tamsi skylė“, nes kaip tik ir vyksta šviesos nebuvimas.

Vėliau, 1918 m., didysis mokslininkas Albertas Einšteinas rašė apie juodųjų skylių problemą kontekste. Tačiau tik 1967 m., amerikiečių astrofiziko Johno Wheelerio pastangomis, juodųjų skylių samprata pagaliau išsikovojo vietą akademiniuose sluoksniuose.

Kad ir kaip būtų, D. Michelis, Albertas Einšteinas ir Johnas Wheeleris savo darbuose tikino teorinį šių paslaptingų dangaus objektų egzistavimą kosmose, tačiau tikrasis juodųjų skylių atradimas įvyko 1971 m., būtent tada jie pirmą kartą buvo pastebėti teleskopu.

Taip atrodo juodoji skylė.

Kaip erdvėje susidaro juodosios skylės

Kaip žinome iš astrofizikos, visos žvaigždės (įskaitant mūsų Saulę) turi ribotą kuro atsargą. Ir nors žvaigždės gyvenimas gali tęstis milijardus metų, anksčiau ar vėliau šis sąlyginis kuro tiekimas baigiasi, ir žvaigždė „užgęsta“. Žvaigždės „užnykimo“ procesą lydi intensyvios reakcijos, kurių metu žvaigždė smarkiai virsta ir, priklausomai nuo dydžio, gali virsti balta nykštuke, neutronine žvaigžde ar juodąja skyle. Be to, didžiausios neįtikėtinai įspūdingų matmenų žvaigždės dažniausiai virsta juodąja skyle – dėl šių labai neįtikėtinų dydžių susitraukimo daug kartų padidėja naujai susidariusios juodosios skylės masė ir gravitacinė jėga, kuri virsta savotiška galaktinis dulkių siurblys – sugeria viską ir visus aplinkinius.

Juodoji skylė praryja žvaigždę.

Maža pastaba – mūsų Saulė pagal galaktikos standartus visai nėra didelė žvaigždė, o po išnykimo, kuris įvyks maždaug po kelių milijardų metų, greičiausiai ji nepavirs juodąja skyle.

Tačiau būkime atviri – šiandien mokslininkai vis dar nežino visų juodosios skylės formavimosi subtilybių, be jokios abejonės, tai itin sudėtingas astrofizinis procesas, kuris pats savaime gali trukti milijonus metų. Nors ir galima judėti šia kryptimi, atrandamos ir vėliau tiriamos vadinamosios tarpinės juodosios skylės, tai yra išnykimo būsenos žvaigždės, kuriose vyksta aktyvus juodųjų skylių formavimosi procesas. Beje, panašią žvaigždę 2014 metais astronomai atrado spiralinės galaktikos rankoje.

Kiek juodųjų skylių yra visatoje

Remiantis šiuolaikinių mokslininkų teorijomis, mūsų Paukščių Tako galaktikoje gali būti iki šimtų milijonų juodųjų skylių. Ne mažiau jų gali būti ir kaimyninėje galaktikoje, į kurią iš mūsų Paukščių Tako nėra ko skristi – 2,5 milijono šviesmečių.

Juodosios skylės teorija

Nepaisant didžiulės masės (kuri yra šimtus tūkstančių kartų didesnė už mūsų Saulės masę) ir neįtikėtinos gravitacijos jėgos, pro teleskopą įžvelgti juodąsias skyles nebuvo lengva, nes jos visiškai neskleidžia šviesos. Mokslininkams pavyko pastebėti juodąją skylę tik jos „valgymo“ – kitos žvaigždės sugerties – momentu, šiuo metu atsiranda būdinga spinduliuotė, kurią jau galima pastebėti. Taigi juodosios skylės teorija rado faktinį patvirtinimą.

Juodųjų skylių savybės

Pagrindinė juodosios skylės savybė – neįtikėtini gravitaciniai laukai, neleidžiantys aplinkinei erdvei ir laikui išlikti įprastoje būsenoje. Taip, teisingai išgirdote, laikas juodojoje skylėje teka daug kartų lėčiau nei įprastai, o jei būtumėte ten, tada grįžę atgal (jei jums taip pasisekė, žinoma) nustebtumėte pastebėję, kad Žemėje praėjo šimtmečiai, ir tu net nepasensi turėjai laiko. Nors būsime tiesūs, jei būtum juodosios skylės viduje, vargu ar būtum išgyvenęs, nes ten gravitacijos jėga tokia, kad bet koks materialus objektas tiesiog būtų suplėšytas net ne į dalis, į atomus.

Bet jei būtumėte net šalia juodosios skylės, jos gravitacinio lauko diapazone, tuomet ir jums būtų buvę sunku, nes kuo labiau priešinsitės jos gravitacijai, bandydami nuskristi, tuo greičiau į ją įkrisite. Šio iš pažiūros paradokso priežastis yra gravitacinio sūkurio laukas, kurį turi visos juodosios skylės.

Ką daryti, jei žmogus patenka į juodąją skylę

Juodųjų skylių išgarinimas

Anglų astronomas S. Hawkingas atrado įdomų faktą: juodosios skylės taip pat, pasirodo, spinduliuoja. Tiesa, tai taikoma tik santykinai mažos masės skylėms. Dėl galingos gravitacijos aplink juos susidaro dalelių ir antidalelių poros, vieną iš porų įtraukia skylė, o antroji išstumiama į išorę. Taigi juodoji skylė skleidžia kietas antidaleles ir gama spindulius. Šis juodosios skylės garavimas arba spinduliavimas buvo pavadintas ją atradusio mokslininko vardu – „Hawkingo spinduliuotė“.

Didžiausia juodoji skylė

Remiantis juodųjų skylių teorija, beveik visų galaktikų centre yra didžiulės juodosios skylės, kurių masė svyruoja nuo kelių milijonų iki kelių milijardų saulės masių. Ir palyginti neseniai mokslininkai atrado dvi didžiausias iki šiol žinomas juodąsias skyles, jos yra dviejose netoliese esančiose galaktikose: NGC 3842 ir NGC 4849.

NGC 3842 yra ryškiausia Liūto žvaigždyno galaktika, nutolusi apie 320 mln. šviesmečių. Jo centre yra didžiulė juodoji skylė, sverianti 9,7 milijardo saulės masių.

NGC 4849 yra Komos spiečiaus galaktika, esanti 335 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų ir galinti pasigirti tokia pat įspūdinga juodąja skyle.

Šių milžiniškų juodųjų skylių gravitacinio lauko veikimo zonos arba akademiniu požiūriu jų įvykių horizontas yra maždaug 5 kartus didesni už atstumą nuo Saulės iki! Tokia juodoji skylė suvalgytų mūsų saulės sistemą ir net neužspringtų.

Pati mažiausia juodoji skylė

Tačiau didžiulėje juodųjų skylių šeimoje yra labai mažų atstovų. Taigi šiuo metu mokslininkų atrasta nykštukinė juodoji skylė pagal savo masę yra tik 3 kartus didesnė už mūsų Saulės masę. Tiesą sakant, tai yra teorinis minimumas, reikalingas juodajai skylei susidaryti, jei ta žvaigždė būtų šiek tiek mažesnė, skylė nebūtų susidariusi.

Juodosios skylės yra kanibalai

Taip, yra toks reiškinys, kaip rašėme aukščiau, juodosios skylės yra savotiški „galaktiniai dulkių siurbliai“, kurie sugeria viską aplinkui, įskaitant... kitas juodąsias skyles. Neseniai astronomai išsiaiškino, kad juodąją skylę iš vienos galaktikos ėda didelis juodas rijus iš kitos galaktikos.

Remiantis kai kurių mokslininkų hipotezėmis, juodosios skylės yra ne tik galaktiniai dulkių siurbliai, kurie susiurbia viską į save, bet tam tikromis aplinkybėmis gali sukurti naujas visatas.
Juodosios skylės laikui bėgant gali išgaruoti. Aukščiau rašėme, kad anglų mokslininkas Stephenas Hawkingas atrado, kad juodosios skylės turi spinduliuotės savybę, o po labai ilgo laiko tarpo, kai aplinkui nebebus ką sugerti, juodoji skylė pradės labiau išgaruoti, kol galiausiai viską atiduos. jo masė aplinkinėje erdvėje. Nors tai tik prielaida, hipotezė.
Juodosios skylės sulėtina laiką ir deformuoja erdvę. Jau rašėme apie laiko išsiplėtimą, tačiau erdvė juodosios skylės sąlygomis bus visiškai išlenkta.
Juodosios skylės riboja žvaigždžių skaičių visatoje. Būtent jų gravitaciniai laukai neleidžia atvėsti erdvėje dujų debesims, iš kurių, kaip žinia, gimsta naujos žvaigždės.

„Discovery Channel“ juodųjų skylių vaizdo įrašas

Ir pabaigai siūlome jums įdomų mokslinį dokumentinį filmą apie juodąsias skyles iš Discovery kanalo.

Rašydama straipsnį stengiausi, kad jis būtų kuo įdomesnis, naudingesnis ir kokybiškesnis. Būčiau dėkingas už bet kokius atsiliepimus ir konstruktyvią kritiką straipsnio komentarų forma. Taip pat galite parašyti savo pageidavimą / klausimą / pasiūlymą į mano paštą [apsaugotas el. paštas] arba Facebook, nuoširdžiai autorius.