Pojam je crna rupa. Crne rupe. Činjenice i teorija. Crne rupe su kanibali

Crne rupe su ograničena područja vanjskog prostora u kojima je sila gravitacije toliko jaka da ih čak ni fotoni svjetlosnog zračenja ne mogu napustiti jer nisu u stanju pobjeći iz nemilosrdnog zagrljaja sile gravitacije.

Kako nastaju crne rupe?

Naučnici vjeruju da postoji nekoliko vrsta crnih rupa. Jedna vrsta može nastati kada masivna stara zvijezda umre. Zvijezde se rađaju i umiru svaki dan u Svemiru.

Smatra se da je još jedna vrsta crne rupe ogromna tamna masa u središtu galaksija. Kolosalni crni objekti nastali su od miliona zvijezda. Napokon, tu su i mini crne rupe, veličine glave pin-a ili malog mermera. Takve crne rupe nastaju kada se relativno male količine mase poravnaju na nezamislivo male veličine.

Prva vrsta crnih rupa nastaje kada zvijezda, koja je 8-100 puta veća od našeg Sunca, završi svoj životni put grandioznom eksplozijom. Ono što ostane od takve zvijezde smanjuje se ili, znanstveno govoreći, stvara kolaps. Pod utjecajem gravitacije, kompresija čestica zvijezde postaje sve čvršća. Astronomi vjeruju da se u središtu naše Galaksije - Mliječnom putu - nalazi ogromna crna rupa čija masa premašuje masu od milion sunca.

Zašto je crna rupa crna?

Gravitacija je jednostavno privlačenje jednog dijela materije drugom. Dakle, što se više materije skupi na jednom mjestu, to je veća snaga privlačenja. Na površini super guste zvijezde, zbog činjenice da je ogromna masa koncentrirana u jednom ograničenom volumenu, sila privlačenja je nezamislivo velika.

Zanimljivo:

Imena galaksija - opis, fotografija i video

Kako se zvijezda dalje smanjuje, sila privlačenja se toliko povećava da se čak ni svjetlost ne može emitirati s njene površine. Materija i svjetlost zvijezda nepovratno upija, koja se zato naziva crna rupa. Naučnici još nemaju jasne dokaze o postojanju takvih mega-masivnih crnih rupa. Oni svoje teleskope ponovo i opet usmjeravaju prema centrima galaksija, uključujući i centar naše Galaksije, kako bi istražili ove neobične regije i konačno dobili dokaze o postojanju druge vrste crnih rupa.

Naučnike već dugo privlači galaksija NGC4261. Iz središta ove galaksije nalaze se dva gigantska jezika materije, svaki dugačak hiljadu svjetlosnih godina (da biste zamislili nevjerovatnu dužinu ovih jezika, sjetite se da je jedna svjetlosna godina oko 9,6 bilijuna kilometara). Promatrajući ove jezike, znanstvenici su sugerirali da se ogromna crna rupa skriva u središtu galaksije NGC4261. 1992. godine uz pomoć moćnog svemirskog teleskopa, čije su sočiva napravljena u nultoj gravitaciji, dobijene su izuzetno jasne slike centra misteriozne galaksije.

A astronomi su vidjeli prašnjavu, užarenu i rotirajuću nakupinu materije u obliku krafne širine stotinama svjetlosnih godina. Naučnici su sugerirali da je središte ove "krafne" monstruozna crna rupa, čija je materija dovoljna za 10 miliona zvijezda. Ostatak materije galaksije vrti se oko rupe, poput vode oko lijevka odvoda, i gravitacija rupe je postupno apsorbira.

Male crne rupe

Male crne rupe, ako sigurno postoje, nastale su u trenutku najjačeg sabijanja materije, koje je prethodilo rođenju Univerzuma. Te rupe, koje su bile veličine glave pribadače, možda su već isparile, ali veće mogu biti skrivene negdje u Svemiru. Ako Zemlja postane crna rupa, neće biti veća od ping-pong lopte.

Crne rupe su možda najmisteriozniji objekti u svemiru. Osim ako, naravno, postoje stvari skrivene negdje u dubini, čije postojanje mi ne znamo i ne možemo znati, što je malo vjerovatno. Crne rupe su ogromna masa i gustina, stisnute u jednu tačku s malim radijusom. Fizička svojstva ovih predmeta toliko su čudna da zbunjuju najsofisticiranije fizičare i astrofizičare. Sabine Hossfender, teoretski fizičar, sastavila je deset činjenica o crnim rupama koje bi svi trebali znati.

Šta je crna rupa?

Svojstvo crne rupe koje definira je njen horizont. Ovo je granica preko koje se ništa, čak ni svjetlost, neće moći vratiti. Ako se odvojeno područje zauvijek odvoji, govorimo o "horizontu događaja". Ako je samo privremeno odvojen, govorimo o "vidljivom horizontu". Ali ovo "privremeno" moglo bi značiti i da će regija biti odvojena mnogo duže od sadašnjeg doba svemira. Ako je horizont crne rupe privremen, ali dugovječan, razlika između prvog i drugog je mutna.

Koliko su velike crne rupe?

Možete zamisliti horizont crne rupe kao kuglu, a njegov će promjer biti izravno proporcionalan masi crne rupe. Stoga, što više mase padne u crnu rupu, crna rupa postaje veća. Međutim, u usporedbi sa zvjezdanim objektima, crne rupe su malene, jer se masa komprimira u vrlo male zapremine pod utjecajem neodoljivog gravitacijskog pritiska. Na primjer, radijus crne rupe s masom planete Zemlje je samo nekoliko milimetara. To je 10 000 000 000 puta manje od sadašnjeg radijusa Zemlje.

Radijus crne rupe naziva se Schwarzschildov radijus prema Karlu Schwarzschildu, koji je prvi put crne rupe izveo kao rješenje Einsteinove opće teorije relativnosti.

Šta se događa na horizontu?

Kad prijeđete horizont, oko vas se ništa posebno ne događa. Sve zbog Einsteinova principa ekvivalencije, iz kojeg proizlazi da ne možete pronaći razliku između ubrzanja u ravnom prostoru i gravitacijskog polja, koje stvara zakrivljenost prostora. Međutim, promatrač daleko od crne rupe koji gleda kako neko drugi pada u nju primijetit će da će se osoba kretati sve sporije i bliže se horizontu. Kao da se vrijeme kreće sporije u blizini horizonta događaja nego što se udaljava od horizonta. Međutim, proći će neko vrijeme, a promatrač koji padne u rupu preći će horizont događaja i naći se u radijusu Schwarzschilda.

Ono što ćete doživjeti na horizontu ovisi o plimnim silama gravitacijskog polja. Plimne sile na horizontu su obrnuto proporcionalne kvadratu mase crne rupe. To znači da je veća i masivnija crna rupa manja sila. A ako je samo crna rupa dovoljno masivna, možete prijeći horizont prije nego što uopće primijetite da se nešto događa. Učinak ovih plimnih sila istegnut će vas: tehnički izraz koji fizičari koriste za ovo je špagetifikacija.

U prvim danima opšte relativnosti vjerovalo se da na obzoru postoji singularnost, ali pokazalo se da to nije slučaj.

Šta je unutar crne rupe?

Niko ne zna sa sigurnošću, ali definitivno ne i policu s knjigama. predviđa da postoji singularnost u crnoj rupi, mjestu gdje plimne sile postaju beskrajno velike, a nakon što prijeđete horizont događaja, više ne možete ići nigdje osim singularnosti. U skladu s tim, bolje je ne koristiti opću relativnost na tim mjestima - ona jednostavno ne djeluje. Da bismo rekli šta se događa unutar crne rupe, potrebna nam je teorija kvantne gravitacije. Općenito je prihvaćeno da će ova teorija zamijeniti singularnost nečim drugim.

Kako nastaju crne rupe?

Trenutno znamo na četiri različita načina formiranja crnih rupa. Najbolje razumljivo povezano je sa zvezdanim kolapsom. Dovoljno velika zvijezda stvara crnu rupu nakon što prestane njena nuklearna fuzija, jer je sintetizirano sve što je već moglo biti sintetizirano. Kad prestane pritisak stvoren fuzijom, materija počinje padati prema vlastitom gravitacijskom centru, postajući sve gušća. Na kraju, postaje toliko gust da ništa ne može nadvladati gravitacijski efekat na površini zvijezde: tako se rađa crna rupa. Te crne rupe nazivaju se "crnim rupama solarne mase" i najčešće su.

Sljedeća uobičajena vrsta crnih rupa su "supermasivne crne rupe", koje se mogu naći u središtima mnogih galaksija i imaju mase oko milijardu puta veću od mase solarnih crnih rupa. Još se zasigurno ne zna kako su tačno nastali. Smatra se da su nekada počinjale kao crne rupe solarne mase koje su progutale mnoge druge zvijezde u gusto naseljenim galaktičkim centrima i rasle. Međutim, čini se da apsorbiraju materiju brže nego što sugerira ova jednostavna ideja, a kako tačno to rade, još uvijek je stvar istraživanja.

Kontroverznija ideja postale su iskonske crne rupe, koje je mogla formirati gotovo bilo koja masa u velikim fluktuacijama gustine u ranom svemiru. Iako je to moguće, teško je pronaći model koji ih proizvodi bez pretjeranog stvaranja.

Konačno, postoji vrlo spekulativna ideja da bi se na Velikom hadronskom sudaraču mogle stvoriti sićušne crne rupe s masama bliskim masi Higgs bozona. To funkcionira samo ako naš svemir ima dodatne dimenzije. Do sada nije bilo potvrde u korist ove teorije.

Kako znamo da postoje crne rupe?

Imamo mnogo zapažanja o kompaktnim objektima velike mase koji ne emitiraju svjetlost. Ti se predmeti daju gravitacijskim privlačenjem, na primjer, uslijed kretanja drugih zvijezda ili oblaka plina oko njih. Oni takođe stvaraju gravitaciono sočivo. Znamo da ti predmeti nemaju čvrstu površinu. To proizlazi iz zapažanja, jer bi materija koja padne na objekt s površinom trebala prouzrokovati oslobađanje više čestica nego materija koja pada kroz horizont.

Zašto je Hawking prošle godine rekao da crne rupe ne postoje?

Htio je reći da crne rupe nemaju vječni horizont događaja, već samo privremeni prividni horizont (vidi prvi odlomak). U strogom smislu, samo se horizont događaja smatra crnom rupom.

Kako crne rupe emituju zračenje?

Crne rupe emituju zračenje zbog kvantnih efekata. Važno je napomenuti da se radi o kvantnim efektima materije, a ne o kvantnim efektima gravitacije. Dinamično prostorno vrijeme kolapsirajuće crne rupe mijenja samu definiciju čestice. Poput protoka vremena, koji se iskrivljuje u blizini crne rupe, koncept čestica previše ovisi o posmatraču. Konkretno, kada promatrač koji pada u crnu rupu misli da pada u vakuum, promatrač daleko od crne rupe misli da to nije vakuum, već prostor prepun čestica. Istezanje prostor-vremena uzrokuje ovaj efekat.

Prvo otkriće Stephena Hawkinga, zračenje koje emituje crna rupa naziva se Hawking zračenje. To zračenje ima temperaturu obrnuto proporcionalnu masi crne rupe: što je crna rupa manja, to je temperatura viša. Zvjezdane i supermasivne crne rupe za koje znamo da imaju temperature znatno ispod temperature mikrotalasne pozadine i stoga se ne primjećuju.

Šta je informativni paradoks?

Paradoks gubitka informacija je uzrokovan Hawkingovim zračenjem. Ovo zračenje je čisto termičko, odnosno slučajno ima samo temperaturu i određenih svojstava. Samo zračenje ne sadrži nikakve informacije o tome kako je nastala crna rupa. Ali kada crna rupa emitira zračenje, ona gubi masu i skuplja se. Sve je to potpuno neovisno o supstanci koja je postala dio crne rupe ili od koje je nastala. Ispada da se, znajući samo konačno stanje isparavanja, ne može reći iz čega je nastala crna rupa. Ovaj proces je "nepovratan" - a kvaka je u tome što u kvantnoj mehanici nema takvog procesa.

Ispostavilo se da je isparavanje crne rupe nespojivo s kvantnom teorijom kakvu poznajemo, i s tim treba nešto poduzeti. Otklonite neskladnost nekako. Većina fizičara vjeruje da je rješenje u tome da Hawkingova radijacija mora nekako sadržavati informacije.

Šta Hawking predlaže za rješavanje paradoksa informacija o crnoj rupi?

Ideja je da crne rupe moraju imati način da čuvaju informacije koje još nisu prihvaćene. Informacije se pohranjuju na horizontu crne rupe i mogu prouzrokovati male pomake čestica u Hawkingovom zračenju. U tim sitnim pomicanjima mogu postojati informacije o zarobljenoj materiji. Tačni detalji ovog postupka trenutno nisu definirani. Naučnici čekaju detaljniji tehnički rad Stephena Hawkinga, Malcolma Perryja i Andrewa Stromingera. Kažu da će se pojaviti krajem septembra.

Trenutno smo sigurni da crne rupe postoje, znamo gdje su, kako nastaju i što će na kraju postati. Ali detalji o tome gdje im informacije idu, i dalje predstavljaju jednu od najvećih misterija svemira.

Crna rupa u fizici definira se kao područje u prostoru-vremenu, čija je gravitaciona privlačnost toliko velika da je čak ni predmeti koji se kreću brzinom svjetlosti, uključujući i same kvante svjetlosti, ne mogu napustiti. Granica ovog područja naziva se horizont događaja, a njegova karakteristična veličina je gravitacijski radijus, koji se naziva radijus Schwarzwalda. Crne rupe su najmisteriozniji objekti u svemiru. Svoje nesretno ime duguju američkom astrofizičaru Johnu Wheeleru. Upravo je on u popularnom predavanju "Naš univerzum: poznat i nepoznat" 1967. godine nazvao ova super gusta tijela rupama. Prije su se takvi predmeti nazivali "srušene zvijezde" ili "kolapsari". Ali izraz "crna rupa" je zaživio i postalo je jednostavno nemoguće promijeniti ga. U Svemiru postoje dvije vrste crnih rupa: 1 - supermasivne crne rupe, čija je masa milion puta veća od mase Sunca (vjeruje se da se takvi objekti nalaze u centrima galaksija); 2 - manje masivne crne rupe koje nastaju kao rezultat kompresije divovskih umirućih zvijezda, čija je masa više od tri puta veća od mase Sunca; kako se zvijezda skuplja, materija postaje sve gušća i kao rezultat, gravitacija objekta se povećava do te mjere da je svjetlost ne može nadvladati. Ni zračenje ni materija ne mogu napustiti crnu rupu. Crne rupe su supermoćni gravitatori.

Radijus do kojeg zvijezda mora kontrahirati da bi postala crna rupa naziva se gravitacijski radijus. Za crne rupe nastale od zvijezda to je samo nekoliko desetaka kilometara. U nekim parovima binarnih zvijezda jedna od njih je nevidljiva u najsnažnijem teleskopu, ali ispada da je masa nevidljive komponente u takvom gravitacijskom sustavu izuzetno velika. Najvjerovatnije su takvi objekti ili neutronske zvijezde ili crne rupe. Ponekad nevidljive komponente u takvim parama otkidaju materiju sa normalne zvijezde. U ovom slučaju, plin se odvaja od vanjskih slojeva vidljive zvijezde i pada u nevidljivu crnu rupu. Ali prije nego što padne u rupu, plin emitira elektromagnetske valove vrlo različitih dužina, uključujući vrlo kratke rendgenske valove. Štaviše, u blizini neutronske zvijezde ili crne rupe, gas se snažno zagrijava i postaje izvor snažnog visokoenergetskog elektromagnetskog zračenja u X-zrakama i gama opsegu. Takvo zračenje ne prolazi kroz zemljinu atmosferu, ali se može posmatrati pomoću svemirskih teleskopa. Jedan od vjerovatnih kandidata za crne rupe je moćan izvor X-zraka u sazviježđu Labud.

Većina vjeruje da je otkriće postojanja crnih rupa zasluga Alberta Einsteina.

Međutim, Einstein je dovršio svoju teoriju do 1916. godine, a John Mitchell je razmišljao o toj ideji još 1783. godine. Nije korišten, jer ovaj engleski svećenik jednostavno nije znao šta s tim učiniti.

Mitchell je počeo razvijati teoriju crnih rupa kada je usvojio Newtonovu ideju da se svjetlost sastoji od malih materijalnih čestica zvanih fotoni. Razmišljao je o kretanju ovih čestica svjetlosti i došao do zaključka da to ovisi o gravitacijskom polju zvijezde koju oni ostavljaju. Pokušao je shvatiti što će se dogoditi s tim česticama ako je gravitacijsko polje preveliko da bi svjetlost mogla napustiti.

Mitchell je također osnivač moderne seizmologije. Predložio je da se zemljotresi šire u zemlji poput valova.

2. Stvarno privlače prostor oko sebe.

Pokušajte prostor zamisliti kao gumeni lim. Zamislite da su planete kuglice koje pritiskaju ovaj list. Deformira se i više nema ravne linije. Ovo stvara gravitaciono polje i objašnjava zašto se planete kreću oko zvijezda.

Ako se masa predmeta poveća, tada deformacija prostora može postati još veća. Ova dodatna poremećaja povećavaju silu gravitacije i ubrzavaju orbitu, uzrokujući da se sateliti kreću sve brže i brže oko predmeta.

Na primjer, Merkur se kreće oko Sunca brzinom od 48 km / s, dok orbitalna brzina zvijezda u blizini crne rupe u središtu naše galaksije doseže 4800 km / s.

Ako je sila gravitacije dovoljno jaka, tada se satelit sudara s velikim objektom.

3. Nisu sve crne rupe iste

Obično mislimo da su sve crne rupe u osnovi ista stvar. Međutim, astronomi su nedavno otkrili da se mogu svrstati u nekoliko sorti.

Postoje vrtljive crne rupe, električno nabijene crne rupe i crne rupe koje uključuju obilježja prve dvije. Obične crne rupe nastaju upijanjem materije, a rotirajuća crna rupa nastaje spajanjem dviju takvih rupa.

Ove crne rupe troše mnogo više energije zbog povećanog poremećaja prostora. Nabijena rotirajuća crna rupa djeluje kao akcelerator čestica.

Crna rupa, nazvana GRS 1915 + 105, udaljena je oko 35 000 svjetlosnih godina od Zemlje. Vrti se sa 950 okretaja u sekundi.

4. Njihova gustina je nevjerovatno velika

Crne rupe moraju biti previše masivne na nevjerovatno malim veličinama kako bi stvorile dovoljno gravitacije da zadrže svjetlost. Na primjer, ako napravite crnu rupu mase čija je masa jednaka masi Zemlje, dobit ćete kuglu promjera samo 9 mm.

Crna rupa, koja ima masu od 4 miliona puta veću od mase Sunca, može stati u prostor između Merkura i Sunca. Crne rupe u centru galaksija mogu biti 10 do 30 miliona puta veće od mase Sunca.

Tako velika masa u tako malom prostoru znači da su crne rupe nevjerovatno guste, a sile koje djeluju u njima također vrlo jake.

5. Prilično su bučni

Sve što okružuje crnu rupu uvlači se u ovaj ponor i istovremeno ubrzava. Horizont događaja (granica prostorno-vremenskog područja, odakle informacije ne mogu doći do posmatrača zbog konačnosti brzine svjetlosti; približno mješavina), ubrzava čestice do skoro brzine svjetlosti.

Kako materija prelazi središte horizonta događaja, stvara se žubor. Ovaj zvuk je transformacija energije pokreta u zvučne valove.

2003. godine astronomi koji su koristili svemirsku opservatoriju Chandra snimili su zvučne talase koji proizlaze iz supermasivne crne rupe smještene na udaljenosti od 250 miliona svjetlosnih godina.

6. Njihovoj privlačnosti ništa ne može pobjeći

Kada bilo što (to može biti planeta, zvijezda, galaksija ili čestica svjetlosti) prođe dovoljno blizu crne rupe, tada će ovaj objekt neizbježno biti zarobljen svojim gravitacijskim poljem. Ako je nešto drugo što utječe na objekt, recimo na raketu, jače od gravitacije crne rupe, tada može izbjeći apsorpciju.

Sve dok, naravno, ne dosegne horizont događaja. Tačka nakon koje više nije moguće napustiti crnu rupu. Da biste napustili horizont događaja, potrebno je razviti brzinu veću od brzine svjetlosti, a to je nemoguće.

Ovo je tamna strana crne rupe - ako je svjetlost ne može napustiti, onda nikada ne možemo pogledati unutra.

Naučnici vjeruju da će vas čak i mala crna rupa rastrgati na dijelove puno prije nego što se provučete kroz horizont događaja. Sila gravitacije je veća što ste bliže planeti, zvijezdi ili crnoj rupi. Ako nogama letite prema crnoj rupi, tada će sila gravitacije u stopalima biti mnogo veća nego u glavi. Ovo će te rastrgati.

7. Usporavaju vrijeme

Svjetlost se savija oko horizonta događaja, ali na kraju je zarobljena u ništavilo kad prodre unutra.

Možete opisati što se događa sa satom ako uđe u crnu rupu i tamo preživi. Kako se približavaju horizontu događaja, usporit će i na kraju se potpuno zaustaviti.

Do ovog zamrzavanja vremena dolazi uslijed gravitacijskog širenja vremena, što je objašnjeno Einsteinovom teorijom relativnosti. Sila gravitacije u crnoj rupi je toliko velika da može usporiti vrijeme. S gledišta gledanja, sve ide u redu. Sat će nestati iz vidnog polja, dok će svjetlost iz njega i dalje biti rastegnuta. Svjetlost će postajati sve crvenija, valna dužina će se povećavati i na kraju će ići dalje od vidljivog spektra.

8. Savršeni su proizvođači energije

Crne rupe usisavaju svu okolnu masu. Unutar crne rupe sve je to pritisnuto toliko snažno da se komprimira prostor između pojedinih elemenata atoma i kao rezultat nastaju subatomske čestice koje mogu izletjeti. Te se čestice izbacuju iz crne rupe zbog linija magnetskog polja koje prelaze horizont događaja.

Oslobađanje čestica stvara energiju na prilično efikasan način. Pretvaranje mase u energiju na ovaj način je 50 puta mnogo efikasnije od nuklearne fuzije.

9. Ograničavaju broj zvijezda

Poznati astrofizičar Carl Sagan jednom je rekao: u svemiru ima više zvijezda nego zrna pijeska na plažama cijelog svijeta. Ali izgleda da u svemiru postoji samo 10 22 zvijezde.

Ovaj broj se određuje brojem crnih rupa. Potoci čestica koje emituju crne rupe šire se u mjehuriće koji putuju kroz područja formiranja zvijezda. Regije koje stvaraju zvijezde su regije oblaka plina koje se mogu hladiti i oblikovati zvijezde. Potoci čestica zagrevaju ove oblake gasa i sprečavaju stvaranje zvezda.

To znači da postoji uravnotežen odnos između broja zvijezda i aktivnosti crnih rupa. Veoma velik broj zvijezda smještenih u galaksiji učinit će je previše vrućom i eksplozivnom za život, ali premalo zvijezda također neće doprinijeti nastanku života.

10. Napravljeni smo od istog materijala

Neki istraživači vjeruju da će nam crne rupe pomoći u stvaranju novih elemenata jer razbijaju materiju na subatomske čestice.

Te čestice sudjeluju u stvaranju zvijezda, što zauzvrat dovodi do stvaranja elemenata težih od helijuma, poput željeza i ugljika, koji su neophodni za stvaranje čvrstih planeta i život. Ti su elementi dio svega što ima masu, a samim tim i ti i ja.

Najveća naučna otkrića 2014. godine

10 najpopularnijih pitanja o svemiru na koja znanstvenici trenutno traže odgovore

10 načina na koje svemir može ubiti ljude

Pogledajte ovaj spektakularni vrtlog krhotina koji okružuje našu planetu

Čujte zvuk svemira

Zbog relativno nedavnog povećanja zanimanja za snimanje popularnih naučnih filmova na temu istraživanja svemira, moderni gledatelj puno je čuo o pojavama poput singularnosti ili crne rupe. Međutim, filmovi, očito, ne otkrivaju cjelokupnu prirodu ovih pojava, a ponekad čak i iskrivljuju izgrađene naučne teorije radi veće efikasnosti. Iz tog je razloga ideja mnogih modernih ljudi o tim pojavama ili potpuno površna ili potpuno pogrešna. Jedno od rješenja ovog problema je ovaj članak u kojem ćemo pokušati razumjeti postojeće rezultate istraživanja i odgovoriti na pitanje - što je crna rupa?

1784. godine engleski svećenik i prirodoslovac John Michell prvi put je u pismu Kraljevskom društvu spomenuo neko hipotetičko masivno tijelo koje ima tako snažnu gravitacijsku privlačnost da će druga kosmička brzina za njega premašiti brzinu svjetlosti. Druga kosmička brzina je brzina koja će biti potrebna relativno malom objektu da bi prevladao gravitacijsku privlačnost nebeskog tijela i izašao izvan zatvorene orbite oko ovog tijela. Prema njegovim proračunima, tijelo gustine Sunca i poluprečnika 500 sunčevih radijusa na svojoj će površini imati drugu kosmičku brzinu jednaku brzini svetlosti. U ovom slučaju, čak ni svjetlost neće napustiti površinu takvog tijela, pa će stoga ovo tijelo samo apsorbirati dolazeću svjetlost i ostati nevidljivo za posmatrača - vrsta crne mrlje na pozadini tamnog prostora.

Međutim, Michell-ov koncept supermasivnog tijela nije privukao veliko zanimanje, sve do djela Einsteina. Podsjetimo se da je potonja definirala brzinu svjetlosti kao graničnu brzinu prenosa informacija. Pored toga, Einstein je proširio teoriju gravitacije za brzine bliske brzini svjetlosti (). Kao rezultat toga, više nije bilo važno primijeniti Newtonovu teoriju na crne rupe.

Einsteinova jednadžba

Kao rezultat primjene opće relativnosti na crne rupe i rješavanja Einsteinovih jednadžbi, otkriveni su glavni parametri crne rupe, kojih ima samo tri: masa, električni naboj i kutni moment. Treba napomenuti značajan doprinos indijskog astrofizičara Subramanijskog Chandrasekhara, koji je stvorio temeljnu monografiju: "Matematička teorija crnih rupa".

Dakle, rješenje Einsteinovih jednadžbi predstavljaju četiri mogućnosti za četiri moguće vrste crnih rupa:

• BiH bez rotacije i bez punjenja - Schwarzschild-ovo rješenje. Jedan od prvih opisa crne rupe (1916) koristeći Einsteinove jednadžbe, ali bez uzimanja u obzir dva od tri parametra tijela. Rješenje njemačkog fizičara Karla Schwarzschilda omogućuje izračunavanje vanjskog gravitacijskog polja sfernog masivnog tijela. Posebnost koncepta BiH od strane njemačkog naučnika je prisustvo horizonta događaja i onog skrivenog iza njega. Takođe, Schwarzschild je prvi izračunao gravitacioni radijus, koji je dobio njegovo ime, a koji određuje radijus sfere na kojoj bi se nalazio horizont događaja za tijelo sa zadanom masom.
• BH bez rotacije s punjenjem - Reisner-Nordström rješenje. Rješenje izneseno 1916-1918, uzimajući u obzir mogući električni naboj crne rupe. Ovo punjenje ne može biti onoliko veliko koliko je željeno i ograničeno je uslijed proizvedene električne odbojnosti. Potonje bi trebalo nadoknaditi gravitacijskim privlačenjem.
• BH s rotacijom i bez punjenja - Kerrovo rješenje (1963). Rotirajuća Kerrova crna rupa razlikuje se od statičke prisustvom takozvane ergosfere (o ovoj i ostalim komponentama crne rupe pročitajte u nastavku).
• BH sa rotacijom i punjenjem - Kerr - Newmanovo rješenje. Ovo rješenje izračunato je 1965. godine i trenutno je najkompletnije, jer uzima u obzir sva tri bh. Parametra. Ipak, i dalje se pretpostavlja da u prirodi crne rupe imaju beznačajan naboj.

Formiranje crne rupe

Postoji nekoliko teorija o tome kako nastaje i pojavljuje se crna rupa, od kojih je najpoznatija stvaranje zvijezde dovoljne mase kao rezultat gravitacijskog kolapsa. Ova kompresija može završiti evoluciju zvijezda mase veće od tri Sunčeve mase. Po završetku termonuklearnih reakcija unutar takvih zvijezda, one počinju brzo da se ruše u super guste. Ako pritisak gasa neutronske zvijezde ne može nadoknaditi gravitacijske sile, odnosno masa zvijezde prevladava tzv. granica Oppenheimer-Volkova, zatim se kolaps nastavlja, što rezultira time da se materija stisne u crnu rupu.

Drugi scenarij, koji opisuje rođenje crne rupe, je kompresija protogalaktičkog plina, odnosno međuzvjezdanog plina koji je u fazi transformacije u galaksiju ili neku vrstu nakupine. Ako unutarnjeg pritiska nema dovoljno za kompenzaciju istih gravitacijskih sila, može se pojaviti crna rupa.

Dva su još scenarija hipotetička:

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

Struktura i fizika crnih rupa

Schwarzschildova struktura crne rupe uključuje samo dva elementa koja su ranije spomenuta: singularnost i horizont događaja crne rupe. Ukratko govoreći o singularnosti, može se primijetiti da je kroz nju nemoguće povući ravnu liniju, kao i da unutar nje većina postojećih fizičkih teorija ne funkcionira. Stoga fizika singularnosti ostaje misterija za naučnike danas. crna rupa je vrsta granice, prelazeći koju, fizički objekt gubi priliku da se vrati preko svojih granica i definitivno će "pasti" u singularitet crne rupe.

Struktura crne rupe postaje nešto složenija u slučaju Kerrovog rješenja, naime, u prisustvu rotacije BH. Kerrovo rješenje pretpostavlja da rupa ima ergosferu. Ergosfera je određeno područje izvan horizonta događaja, unutar kojeg se sva tijela kreću u smjeru rotacije crne rupe. Ovo područje još nije uzbudljivo i moguće ga je napustiti, za razliku od horizonta događaja. Ergosfera je vjerovatno neka vrsta analoga akrecijskog diska, koji rotira materiju oko masivnih tijela. Ako je statična Schwarzschildova crna rupa predstavljena kao crna kugla, tada Kerry BH, zbog prisustva ergosfere, ima oblik zaobljenog elipsoida, u obliku kojeg smo BH često viđali na crtežima, u starim filmovima ili video igrice.

• Koliko je teška crna rupa? - Najveći teorijski materijal o nastanku crne rupe dostupan je za scenarij njenog izgleda kao rezultat kolapsa zvijezde. U ovom slučaju, maksimalna masa neutronske zvijezde i minimalna masa crne rupe određuju se Oppenheimer-Volkovovom granicom, prema kojoj je donja granica BH mase 2,5 - 3 solarne mase. Najteža crna rupa ikad otkrivena (u galaksiji NGC 4889) ima masu od 21 milijardu Sunčevih masa. Međutim, ne treba zaboraviti na BH, koji hipotetički nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija pri visokim energijama, poput onih na sudaračima. Masa takvih kvantnih crnih rupa, drugim riječima, "Planckove crne rupe", ima red veličine, naime 2 · 10 −5 g.
• Veličina crne rupe. Minimalni BH radijus može se izračunati iz minimalne mase (2,5 - 3 solarne mase). Ako je gravitacijski radijus Sunca, odnosno područje na kojem bi se nalazio horizont događaja, oko 2,95 km, tada će minimalni BH radijus od 3 Sunčeve mase biti oko devet kilometara. Takva relativno mala veličina ne uklapa se u glavu kada su u pitanju masivni predmeti koji privlače sve oko sebe. Međutim, za kvantne crne rupe radijus je - 10 −35 m.
• Prosječna gustina crne rupe ovisi o dva parametra: masi i radijusu. Gustina crne rupe mase 3 reda sunčevih masa je oko 6 · 10 26 kg / m³, dok je gustoća vode 1000 kg / m³. Međutim, tako male crne rupe naučnici nisu pronašli. Većina otkrivenih BH ima masu veću od 105 sunčevih masa. Zanimljiv je obrazac prema kojem je što je crna rupa masivnija, to je njena gustoća manja. U ovom slučaju, promjena mase za 11 redova veličine dovodi do promjene gustoće za 22 reda veličine. Dakle, crna rupa mase 1 · 10 9 solarnih masa ima gustinu od 18,5 kg / m³, što je za jednu jedinicu manje od gustine zlata. A BH mase više od 10 10 solarnih masa mogu imati prosječnu gustinu manju od gustine zraka. Na osnovu ovih proračuna logično je pretpostaviti da nastajanje crne rupe ne nastaje uslijed sabijanja materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu. U slučaju kvantnih BH, njihova gustina može biti oko 1094 kg / m³.
• Temperatura crne rupe je također obrnuto proporcionalna njenoj masi. Ova temperatura je direktno povezana sa. Spektar ovog zračenja poklapa se sa spektrom apsolutno crnog tijela, odnosno tijela koje apsorbira sve upadajuće zračenje. Spektar zračenja apsolutno crnog tijela ovisi samo o njegovoj temperaturi, tada se BH temperatura može odrediti iz Hawkingova spektra zračenja. Kao što je gore spomenuto, što je crna rupa manja, to je zračenje moćnije. U isto vrijeme, Hawkingovo zračenje ostaje hipotetičko, jer ga astronomi još nisu primijetili. Iz ovoga slijedi da, ako postoji Hawkingovo zračenje, tada je temperatura promatranih BH toliko niska da ne dopušta registriranje naznačenog zračenja. Prema proračunima, čak je i temperatura rupe mase mase reda Sunca zanemarljiva (1 · 10 -7 K ili -272 ° C). Temperatura kvantnih crnih rupa može doseći oko 10 12 K, a njihovim brzim isparavanjem (oko 1,5 minuta) takve BiH mogu emitirati energiju reda od deset miliona atomskih bombi. Ali, srećom, za stvaranje takvih hipotetičkih objekata bit će potrebna energija 10 14 puta veća od one koja je danas postignuta na Velikom hadronskom sudaraču. Pored toga, astronomi takve pojave nikada nisu primijetili.

Od čega se sastoji crna rupa?

Još jedno pitanje brine, kako naučnike, tako i one koji jednostavno vole astrofiziku - od čega se sastoji crna rupa? Ne postoji jednoznačan odgovor na ovo pitanje, jer nije moguće pogledati dalje od horizonta događaja koji okružuje bilo koju crnu rupu. Pored toga, kao što je ranije spomenuto, teorijski modeli crne rupe pružaju samo 3 njene komponente: ergosferu, horizont događaja i singularnost. Logično je pretpostaviti da u ergosferi postoje samo oni objekti koje je crna rupa privukla i koji se sada okreću oko nje - razne vrste kosmičkih tijela i kosmički gas. Horizont događaja samo je tanka implicitna granica, nakon pada izvan koje ista kozmička tijela nepovratno privlače posljednju glavnu komponentu BiH - singularnost. Priroda singularnosti danas nije proučavana i prerano je govoriti o njenom sastavu.

Prema nekim pretpostavkama, crna rupa može biti sastavljena od neutrona. Ako slijedimo scenarij crne rupe kao rezultat kompresije zvijezde u neutronsku zvijezdu s njenom naknadnom kontrakcijom, tada se, vjerojatno, glavni dio crne rupe sastoji od neutrona, od kojih se sastoji i sama neutronska zvijezda. Jednostavnim riječima: kad se zvijezda sruši, njezini atomi se skupljaju na takav način da se elektroni kombiniraju s protonima, stvarajući tako neutrone. Slična se reakcija zapravo odvija u prirodi, dok se emisija neutrina događa stvaranjem neutrona. Međutim, to su samo pretpostavke.

Šta će se dogoditi ako uđete u crnu rupu?

Pad u astrofizičku crnu rupu rasteže tijelo. Razmislite o hipotetičkom samoubistvu astronautu koji ulazi u crnu rupu ni u šta drugo osim u skafander, prvo nogama. Prelazeći horizont događaja, astronaut neće primijetiti nikakve promjene, uprkos činjenici da više nema priliku izaći. U jednom trenutku, astronaut će doći do točke (malo iza horizonta događaja) u kojoj će početi deformirati svoje tijelo. Budući da je gravitaciono polje crne rupe nehomogeno i predstavljeno je sve većim gradijentom sile prema centru, noge astronauta bit će podvrgnute primjetno većem gravitacijskom efektu od, na primjer, glave. Tada će, zbog gravitacije, tačnije, plimnih sila, noge brže "pasti". Dakle, tijelo se počinje postupno protezati u dužinu. Da bi opisali ovaj fenomen, astrofizičari su smislili prilično kreativan pojam - špagetifikacija. Daljnjim istezanjem tijela vjerovatno će se razgraditi na atome, koji će, prije ili kasnije, postići singularnost. Svako će pretpostaviti šta će osoba osjećati u ovoj situaciji. Vrijedno je napomenuti da je učinak istezanja tijela obrnuto proporcionalan masi crne rupe. Odnosno, ako se BH s masom od tri Sunca trenutačno protegne / slomi tijelo, tada će supermasivna crna rupa imati niže plime i oseke, a postoje prijedlozi da bi neki fizički materijali mogli "izdržati" takvu deformaciju bez gubitka svoje strukture.

Kao što je poznato, vrijeme teče sporije u blizini masivnih objekata, što znači da će vrijeme za astronauta samoubicu teći mnogo sporije nego za zemljane. U ovom slučaju, možda će nadživjeti ne samo svoje prijatelje, već i samu Zemlju. Proračuni će biti potrebni kako bi se utvrdilo koliko će vremena astronauta usporiti; međutim, iz navedenog se može pretpostaviti da će astronaut vrlo sporo pasti u BiH i, možda, jednostavno neće dočekati trenutak kada će njegov tijelo počinje da se deformiše.

Značajno je da će za posmatrača izvana sva tijela koja su doletjela do horizonta događaja ostati na rubu tog horizonta dok njihova slika ne nestane. Razlog ovog fenomena je gravitacijski crveni pomak. Pojednostavljujući, možemo reći da će svjetlost koja pada na tijelo samoubilačkog kozmonauta "smrznutog" na horizontu događaja promijeniti frekvenciju zbog usporenog vremena. Kako vrijeme bude sporije prolazilo, frekvencija svjetlosti će se smanjivati, a valna dužina povećavati. Kao rezultat ove pojave, na izlazu, odnosno za vanjskog posmatrača, svjetlost će se postepeno pomicati prema niskofrekventnoj - crvenoj. Doći će do pomaka svjetlosti duž spektra, dok se samoubilački astronaut sve više udaljava od promatrača, iako gotovo neprimjetno, a njegovo vrijeme prolazi sve sporije. Dakle, svjetlost koju odbija njegovo tijelo uskoro će nadići vidljivi spektar (slika će nestati), a u budućnosti se tijelo astronauta može uhvatiti samo u infracrvenom području, a kasnije i u radio frekvenciji, i kao rezultat toga, zračenje će biti potpuno neuhvatljivo.

Uprkos navedenom, pretpostavlja se da se u vrlo velikim supermasivnim crnim rupama plimne sile ne mijenjaju toliko s udaljenošću i djeluju gotovo jednoliko na tijelo koje pada. U ovom slučaju, svemirski brod u padu zadržao bi svoju strukturu. Postavlja se razumno pitanje - kuda vodi crna rupa? Na ovo pitanje mogu odgovoriti radovi nekih naučnika koji povezuju dva fenomena poput crvotočina i crnih rupa.

Davne 1935. godine Albert Einstein i Nathan Rosen, uzimajući u obzir, iznijeli su hipotezu o postojanju takozvanih crvotočina, povezujući dvije točke prostor-vremena stazom na mjestima značajne zakrivljenosti potonje - Einstein-Rosen most ili crvotočina. Za tako snažnu zakrivljenost prostora bila bi potrebna tijela s gigantskom masom, s čijom bi se ulogom crne rupe savršeno nosile.

Most Einstein-Rosen smatra se neprohodnom crvotočinom jer je mali i nestabilan.

Prohodna crvotočina je moguća u okviru teorije crno-bijelih rupa. Gdje je bijela rupa izlaz informacija zarobljenih u crnoj rupi. Bijela rupa je opisana u okviru opće relativnosti, ali danas je i dalje hipotetička i nije otkrivena. Još jedan model crvotočine, koji su predložili američki naučnici Kip Thorne i njegov postdiplomac, Mike Morris, može biti prohodan. Međutim, kao u slučaju crvotočine Morris-Thorne, tako i u slučaju crno-bijelih rupa, mogućnost putovanja zahtijeva postojanje takozvane egzotične materije koja ima negativnu energiju i također ostaje hipotetička.

Crne rupe u svemiru

Postojanje crnih rupa potvrđeno je relativno nedavno (septembar 2015. godine), ali do tada je već postojao značajan teorijski materijal o prirodi BiH, kao i mnogi objekti kandidati za ulogu crne rupe. Prije svega, treba uzeti u obzir veličinu BiH, jer o njima ovisi sama priroda pojave:

• Crna rupa zvjezdane mase... Takvi objekti nastaju kao rezultat kolapsa zvijezde. Kao što je ranije spomenuto, minimalna masa tijela sposobnog za stvaranje takve crne rupe je 2,5 - 3 solarne mase.
• Crne rupe srednje mase... Uvjetni srednji tip crnih rupa koji su se povećali uslijed apsorpcije obližnjih objekata, poput akumulacije plina, susjedne zvijezde (u sistemima s dvije zvijezde) i drugih kosmičkih tijela.
• Supermasivna crna rupa... Kompaktni objekti sa 10 5 -10 10 solarnih masa. Karakteristična svojstva takvih BH su paradoksalno niska gustina, kao i slabe plimne sile, koje su ranije spomenute. To je tako supermasivna crna rupa u središtu naše galaksije Mliječni put (Strijelac A *, Sgr A *), kao i većina drugih galaksija.

Kandidati za Crnu kuću

Najbliža crna rupa, odnosno kandidat za ulogu BH, je objekt (V616 Jednorog), koji se nalazi na udaljenosti od 3000 svjetlosnih godina od Sunca (u našoj galaksiji). Sastoji se od dvije komponente: zvijezde mase polovine Sunčeve mase, kao i nevidljivog malog tijela čija masa iznosi 3 - 5 Sunčevih masa. Ako se ispostavi da je ovaj objekt mala crna rupa zvjezdane mase, tada će s desne strane to biti najbliža BiH.

Nakon ovog objekta, druga najbliža crna rupa je objekt Cyg X-1, koji je bio prvi kandidat za ulogu BH. Udaljenost do njega je približno 6070 svjetlosnih godina. Dobro je proučen: ima masu od 14,8 Sunčevih masa i radijus horizonta događaja od oko 26 km.

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

Koliko ima crnih rupa u našoj galaksiji?

Na ovo pitanje ne postoji tačan odgovor, budući da ih je prilično teško promatrati, a za sve vrijeme proučavanja neba znanstvenici su uspjeli pronaći desetak crnih rupa unutar Mliječnog puta. Ne upuštajući se u proračune, primjećujemo da u našoj galaksiji postoji oko 100 - 400 milijardi zvijezda, a otprilike svaka tisućita zvijezda ima dovoljno mase da formira crnu rupu. Vjerovatno je da su tokom postojanja Mliječnog puta mogli nastati milioni crnih rupa. Budući da je lakše registrirati ogromne crne rupe, logično je pretpostaviti da većina BH u našoj galaksiji najvjerojatnije nije supermasivna. Značajno je da NASA-ine studije iz 2005. godine sugeriraju prisustvo roja crnih rupa (10-20 hiljada) koji kruži oko središta galaksije. Pored toga, 2016. godine japanski astrofizičari otkrili su masivni satelit u blizini objekta * - crne rupe, jezgre Mliječnog puta. Zbog malog radijusa (0,15 svjetlosnih godina) ovog tijela, kao i njegove ogromne mase (100 000 sunčevih masa), znanstvenici sugeriraju da je i ovaj objekt supermasivna crna rupa.

Jezgra naše galaksije, crna rupa Mliječnog puta (Strijelac A *, Sgr A * ili Strijelac A *) je supermasivna i ima masu od 4,31 10 6 solarnih masa i radijus od 0,00071 svjetlosne godine (6,25 svjetlosnih godina ili 6,75 milijardi km). Temperatura Strijelca A * zajedno sa nakupinom oko njega je oko 1 · 10 7 K.

Najveća crna rupa

Najveća crna rupa u svemiru koju su naučnici otkrili je supermasivna crna rupa, FSRQ blazar, u središtu galaksije S5 0014 + 81, na udaljenosti 1,2 10 10 svjetlosnih godina od Zemlje. Prema preliminarnim rezultatima promatranja, koristeći svemirsku opservatoriju Swift, masa BH iznosila je 40 milijardi (40 · 10 9) Sunčevih masa, a Schwarzschildov radijus takve rupe bio je 118,35 milijardi kilometara (0,013 svjetlosnih godina). Pored toga, procjenjuje se da je nastao prije 12,1 milijarde godina (1,6 milijardi godina nakon Velikog praska). Ako ova gigantska crna rupa ne upije okolnu materiju, preživjet će do ere crnih rupa - jedne od epoha razvoja Svemira, tijekom koje će u njoj dominirati crne rupe. Ako jezgra galaksije S5 0014 + 81 nastavi rasti, postat će jedna od posljednjih crnih rupa koje će postojati u Svemiru.

Ostale dvije poznate crne rupe, iako nemaju svoja imena, od najveće su važnosti za proučavanje crnih rupa, budući da su eksperimentalno potvrdile njihovo postojanje, a dale su i važne rezultate za proučavanje gravitacije. Govorimo o događaju GW150914, koji se naziva sudarom dvije crne rupe u jednu. Ovaj događaj omogućio je registraciju.

Otkrivanje crnih rupa

Prije razmatranja metoda za otkrivanje crnih rupa, treba odgovoriti na pitanje - zašto je crna rupa crna? - odgovor na njega ne zahtijeva duboko znanje iz astrofizike i kosmologije. Činjenica je da crna rupa apsorbira sve zračenje koje na njoj pada i uopće ne emitira ako ne uzmete u obzir hipotetičko. Ako detaljnije razmotrimo ovaj fenomen, može se pretpostaviti da se procesi koji dovode do oslobađanja energije u obliku elektromagnetskog zračenja ne događaju unutar crnih rupa. Onda, ako BH zrači, onda je u Hawkingovom spektru (koji se poklapa sa spektrom zagrijanog, apsolutno crnog tijela). Međutim, kao što je ranije spomenuto, ovo zračenje nije otkriveno, što sugerira potpuno nisku temperaturu crnih rupa.

Druga općeprihvaćena teorija kaže da elektromagnetsko zračenje uopće nije u stanju napustiti horizont događaja. Najvjerovatnije je da fotone (svjetlosne čestice) ne privlače masivni predmeti, jer, prema teoriji, oni sami nemaju masu. Međutim, crna rupa i dalje "privlači" fotone svjetlosti iskrivljujući prostor-vrijeme. Ako BH u svemiru zamislimo kao neku vrstu udubljenja na glatkoj površini prostor-vremena, tada postoji određena udaljenost od središta crne rupe, približavajući se kojoj se svjetlost više neće moći odmaknuti. Odnosno, grubo rečeno, svjetlost počinje „padati“ u „jamu“, koja nema ni „dno“.

Uz to, ako uzmemo u obzir učinak gravitacijskog crvenog pomaka, tada možda u crnoj rupi svjetlost gubi frekvenciju, pomičući se duž spektra u područje niskofrekventnog dugovalnog zračenja, sve dok uopće ne gubi energiju.

Dakle, crna rupa je crna i zbog toga je teško otkriti u svemiru.

Metode otkrivanja

Razmotrimo metode koje astronomi koriste za otkrivanje crne rupe:

Pored gore spomenutih metoda, naučnici često povezuju predmete kao što su crne rupe i. Kvazari su neka vrsta nakupina kosmičkih tijela i gasa, koji su jedan od najsjajnijih astronomskih objekata u svemiru. Budući da imaju visok intenzitet luminiscencije na relativno malim veličinama, postoji razlog za pretpostavku da je središte ovih predmeta supermasivna crna rupa koja privlači okolnu materiju. Zbog tako snažne gravitacijske privlačnosti, privučena materija je toliko vruća da intenzivno zrači. Otkrivanje takvih predmeta obično se upoređuje s otkrivanjem crne rupe. Ponekad kvazari mogu zračiti u dva smjera mlazovi zagrijane plazme - relativistički mlazovi. Razlozi za pojavu takvih mlaznica (mlaznica) nisu u potpunosti jasni, no vjerovatno su uzrokovani interakcijom magnetskih polja BH i akrecijskog diska, a ne emitiraju ih izravna crna rupa.

Mlaz u galaksiji M87 udara iz središta BiH

Rezimirajući gore navedeno, izbliza se može zamisliti: to je sferni crni objekt oko kojeg se okreće jako zagrijana materija formirajući svjetleći akrecijski disk.

Spajanje i sudaranje crnih rupa

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

Prema definiciji gravitacionih valova, to su promjene u gravitacijskom polju koje se šire na valovit način iz masivnih pokretnih objekata. Kada se dva takva objekta približe jedan drugome, počinju se okretati oko zajedničkog težišta. Kako se približavaju, njihova rotacija oko vlastite osi se povećava. Takve promenljive fluktuacije gravitacionog polja u nekom trenutku mogu stvoriti jedan snažni gravitacioni talas, koji se može širiti u svemiru milionima svetlosnih godina. Dakle, na udaljenosti od 1,3 milijarde svjetlosnih godina, sudarile su se dvije crne rupe, stvarajući snažni gravitacijski talas koji je do Zemlje stigao 14. septembra 2015. godine, a zabilježili su ga detektori LIGO i VIRGO.

Kako crne rupe umiru?

Očito je da bi crna rupa prestala postojati, trebat će izgubiti svu svoju masu. Međutim, prema njenoj definiciji, ništa ne može napustiti granice crne rupe ako je prešla horizont događaja. Poznato je da je sovjetski teorijski fizičar Vladimir Gribov prvi spomenuo mogućnost emisije čestica crne rupe u svojoj raspravi s drugim sovjetskim naučnikom Jakovom Zeldovičem. Tvrdio je da je sa stanovišta kvantne mehanike crna rupa sposobna emitovati čestice kroz efekt tuneliranja. Kasnije je, uz pomoć kvantne mehanike, engleski teorijski fizičar Stephen Hawking izgradio svoju, nešto drugačiju teoriju. Možete pročitati više o ovom fenomenu. Ukratko, u vakuumu postoje takozvane virtualne čestice koje se neprestano rađaju u parovima i međusobno se uništavaju, a pritom ne komuniciraju sa okolnim svijetom. Ali ako se takvi parovi pojave na horizontu događaja crne rupe, tada je hipotetički jaka gravitacija sposobna razdvojiti ih, pri čemu jedna čestica pada unutar BH, a druga odlazi iz crne rupe. A budući da se čestica koja izlazi iz rupe može promatrati, te stoga ima pozitivne energije, čestica koja pada u rupu mora imati negativne energije. Tako će crna rupa izgubiti energiju i doći će do efekta koji se naziva isparavanje crne rupe.

Prema dostupnim modelima crne rupe, kao što je ranije spomenuto, kako se njena masa smanjuje, njeno zračenje postaje sve intenzivnije. Tada će, u završnoj fazi postojanja BiH, kada se može smanjiti na veličinu kvantne crne rupe, osloboditi ogromnu količinu energije u obliku zračenja, što može biti ekvivalent hiljadama ili čak milionima atomske bombe. Ovaj događaj pomalo podsjeća na eksploziju crne rupe, poput iste bombe. Prema proračunima, kao rezultat Velikog praska, mogle su nastati iskonske crne rupe, a one od kojih je masa oko 10 12 kg, trebale bi ispariti i eksplodirati oko našeg vremena. Bilo kako bilo, astronomi takve eksplozije nikada nisu primijetili.

Uprkos Hawkingovom mehanizmu za uništavanje crnih rupa, svojstva Hawkingova zračenja uzrokuju paradoks u okviru kvantne mehanike. Ako crna rupa upije tijelo, a zatim izgubi masu koja je rezultat apsorpcije ovog tijela, tada se bez obzira na prirodu tijela, crna rupa neće razlikovati od one koja je bila prije apsorpcije tijela. U ovom slučaju, podaci o tijelu su zauvijek izgubljeni. Sa stanovišta teorijskih proračuna, transformacija početnog čistog stanja u dobiveno mješovito ("termičko") stanje ne odgovara trenutnoj teoriji kvantne mehanike. Taj se paradoks ponekad naziva nestankom informacija u crnoj rupi. Konačno rješenje za ovaj paradoks nikada nije pronađeno. Poznate opcije za rješavanje paradoksa:

• Nedosljednost Hawkingove teorije. To za sobom povlači nemogućnost uništavanja crne rupe i njenog stalnog rasta.
• Prisustvo bijelih rupa. U ovom slučaju, apsorbirana informacija ne nestaje, već se jednostavno baca u drugi Univerzum.
• Nekonzistentnost općeprihvaćene teorije kvantne mehanike.

Nerešeni problemi fizike crnih rupa

Očigledno je da je ono što je ranije opisano, iako su crne rupe proučavane relativno dugo, još uvijek ima mnogo karakteristika, čiji su mehanizmi naučnicima još uvijek nepoznati.

• 1970. godine engleski naučnik formulirao je tzv. "Princip kozmičke cenzure" - "Priroda se gadi gole singularnosti." To znači da se singularnost formira samo na mjestima skrivenim od pogleda, poput središta crne rupe. Međutim, ovaj princip još nije dokazan. Postoje i teoretske kalkulacije prema kojima može doći do „gole“ singularnosti.
• Nije dokazan ni „teorem o kosi“, prema kojem crne rupe imaju samo tri parametra.
• Kompletna teorija magnetosfere crne rupe nije razvijena.
• Priroda i fizika gravitacijske singularnosti nisu proučavani.
• Nije pouzdano poznato šta se događa u završnoj fazi postojanja crne rupe i šta ostaje nakon njenog kvantnog propadanja.

Zanimljivosti o crnim rupama

Rezimirajući gore navedeno, postoji nekoliko zanimljivih i neobičnih karakteristika prirode crnih rupa:

• BiH imaju samo tri parametra: masu, električni naboj i kutni moment. Kao rezultat tako malog broja karakteristika ovog tijela, teorema koja to navodi naziva se "teorem bez dlake". To je također dovelo do izraza "crna rupa nema dlake", što znači da su dvije crne rupe apsolutno identične, njihova tri navedena parametra su ista.
• BH gustina može biti manja od gustine zraka, a temperatura je blizu apsolutne nule. Iz ovoga se može pretpostaviti da nastajanje crne rupe ne nastaje uslijed sabijanja materije, već kao rezultat nakupljanja velike količine materije u određenom volumenu.
• Vrijeme za tijela koja apsorbira BiH teče mnogo sporije nego za vanjske promatrače. Pored toga, apsorbirana tijela su znatno istegnuta unutar crne rupe, koju su naučnici nazvali - špagetifikacija.
• U našoj galaksiji može biti oko milion crnih rupa.
• Vjerovatno postoji supermasivna crna rupa u središtu svake galaksije.
• U budućnosti će, prema teoretskom modelu, svemir doseći takozvanu eru crnih rupa, kada će crne rupe postati dominantna tijela u svemiru.