Istilah lubang hitam. Lubang hitam. Fakta dan teori. Lubang hitam adalah kanibal

Lubang hitam adalah wilayah terbatas di luar angkasa yang gaya gravitasinya begitu kuat sehingga bahkan foton radiasi cahaya pun tidak dapat meninggalkannya, karena tidak mampu melepaskan diri dari pelukan gravitasi yang tanpa ampun.

Bagaimana lubang hitam terbentuk?

Para ilmuwan percaya bahwa mungkin ada beberapa jenis lubang hitam. Salah satu jenisnya dapat terbentuk ketika sebuah bintang masif tua mati. Di alam semesta, bintang lahir dan mati setiap hari.

Jenis lubang hitam lainnya diyakini sebagai massa gelap yang sangat besar di pusat galaksi. Benda hitam kolosal terbentuk dari jutaan bintang. Terakhir, ada lubang hitam mini, seukuran kepala peniti atau kelereng kecil. Lubang hitam semacam itu terbentuk ketika massa dalam jumlah yang relatif kecil dipadatkan menjadi ukuran yang sangat kecil.

Jenis lubang hitam pertama terbentuk ketika sebuah bintang berukuran 8 hingga 100 kali lebih besar dari Matahari kita mengakhiri hidupnya. jalan hidup dengan ledakan besar. Apa yang tersisa dari bintang tersebut berkontraksi, atau, secara ilmiah, menyebabkan keruntuhan. Di bawah pengaruh gravitasi, kompresi partikel bintang menjadi semakin erat. Para astronom percaya bahwa di pusat Galaksi kita - Bima Sakti- ada lubang hitam besar yang massanya melebihi massa satu juta matahari.

Mengapa lubang hitam berwarna hitam?

Gravitasi hanyalah daya tarik suatu materi terhadap materi lainnya. Jadi, semakin banyak materi berkumpul di satu tempat, semakin besar pula gaya tarik menariknya. Di permukaan bintang yang sangat padat, karena massa yang sangat besar terkonsentrasi dalam satu volume yang terbatas, gaya tarik-menarik menjadi sangat kuat.

Menarik:

Nama galaksi - deskripsi, foto, dan video

Ketika bintang semakin menyusut, gaya gravitasi meningkat sedemikian rupa sehingga cahaya bahkan tidak dapat dipancarkan dari permukaannya. Materi dan cahaya diserap secara permanen oleh bintang, sehingga disebut lubang hitam. Para ilmuwan belum memiliki bukti jelas mengenai keberadaan lubang hitam megamasif tersebut. Mereka berkali-kali mengarahkan teleskopnya ke pusat-pusat galaksi, termasuk pusat Galaksi kita, untuk menjelajahi kawasan aneh tersebut dan akhirnya mendapatkan bukti keberadaan lubang hitam tipe kedua.

Para ilmuwan telah lama tertarik dengan galaksi NGC4261. Dari pusat galaksi ini terbentang dua lidah materi raksasa, yang masing-masing panjangnya ribuan tahun cahaya (untuk membayangkan panjangnya lidah-lidah ini yang luar biasa, ingatlah bahwa satu tahun cahaya berjarak sekitar 9,6 triliun kilometer). Mengamati lidah-lidah ini, para ilmuwan menduga ada lubang hitam besar yang bersembunyi di pusat galaksi NGC4261. Pada tahun 1992, dengan menggunakan teleskop luar angkasa yang kuat yang lensanya dibuat dalam kondisi gravitasi nol, diperoleh gambar yang sangat jelas dari pusat galaksi misterius.

Dan para astronom melihat gugusan materi yang berdebu, bercahaya dan berputar, berbentuk seperti donat, berukuran ratusan tahun cahaya. Para ilmuwan berpendapat bahwa pusat “donat” ini adalah lubang hitam raksasa yang memiliki cukup materi untuk 10 juta bintang. Materi galaksi lainnya berputar di sekitar lubang, seperti air di sekitar saluran pembuangan, dan secara bertahap diserap oleh gravitasi lubang.

Lubang hitam kecil

Lubang hitam kecil, jika memang ada, terbentuk pada saat kompresi materi yang paling kuat, yang mendahului kelahiran Alam Semesta. Lubang-lubang seukuran kepala peniti mungkin sudah menguap, tetapi lubang-lubang yang lebih besar mungkin tersembunyi di suatu tempat di alam semesta. Jika Bumi menjadi lubang hitam, ukurannya tidak akan melebihi ukuran bola pingpong.

Lubang hitam mungkin merupakan objek paling misterius di alam semesta. Kecuali, tentu saja, ada hal-hal yang tersembunyi di suatu tempat di kedalaman, yang keberadaannya tidak kita ketahui dan tidak dapat kita ketahui, yang mana kecil kemungkinannya. Lubang hitam adalah massa dan kepadatan kolosal yang dikompresi menjadi satu titik dengan radius kecil. Properti fisik Benda-benda ini begitu aneh sehingga membuat para fisikawan dan astrofisikawan tercanggih bingung. Sabine Hossfender, seorang ahli fisika teoretis, telah mengumpulkan sepuluh fakta tentang lubang hitam yang harus diketahui semua orang.

Apa itu lubang hitam?

Ciri khas lubang hitam adalah cakrawalanya. Ini adalah batas di mana tidak ada apa pun, bahkan cahaya sekalipun, yang dapat kembali. Jika suatu wilayah yang terpisah menjadi terpisah selamanya, kita menyebutnya "cakrawala peristiwa". Jika hanya terpisah sementara, kita menyebutnya “cakrawala yang terlihat”. Tapi “sementara” ini juga bisa berarti bahwa wilayah tersebut akan tetap terpisah lebih lama dari usia alam semesta saat ini. Jika cakrawala lubang hitam bersifat sementara tetapi berumur panjang, perbedaan antara cakrawala pertama dan kedua menjadi kabur.

Seberapa besar lubang hitam?

Anda dapat membayangkan cakrawala lubang hitam berbentuk bola, dan diameternya berbanding lurus dengan massa lubang hitam. Oleh karena itu, semakin banyak massa yang jatuh ke dalam lubang hitam, maka lubang hitam tersebut akan semakin besar. Namun, dibandingkan objek bintang, lubang hitam berukuran kecil karena massanya dikompresi menjadi volume yang sangat kecil akibat tekanan gravitasi yang sangat besar. Jari-jari lubang hitam seukuran planet Bumi, misalnya, hanya beberapa milimeter. Ini 10.000.000.000 kali lebih kecil dari jari-jari Bumi yang sebenarnya.

Jari-jari lubang hitam disebut jari-jari Schwarzschild untuk menghormati Karl Schwarzschild, orang pertama yang menemukan lubang hitam sebagai solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut. teori umum Relativitas Einstein.

Apa yang terjadi di cakrawala?

Saat Anda melintasi cakrawala, tidak banyak yang terjadi di sekitar Anda. Semua ini karena prinsip kesetaraan Einstein, yang berarti tidak mungkin menemukan perbedaan antara percepatan di ruang datar dan medan gravitasi yang menciptakan kelengkungan ruang. Namun, pengamat yang jauh dari lubang hitam dan menyaksikan orang lain jatuh ke dalamnya akan menyadari bahwa orang tersebut akan bergerak semakin lambat saat mendekati cakrawala. Seolah-olah waktu bergerak lebih lambat di dekat cakrawala peristiwa daripada menjauhi cakrawala. Namun, beberapa waktu akan berlalu, dan pengamat yang jatuh ke dalam lubang akan melintasi cakrawala peristiwa dan berada di dalam radius Schwarzschild.

Apa yang Anda alami di cakrawala bergantung pada gaya pasang surut medan gravitasi. Gaya pasang surut di cakrawala berbanding terbalik dengan kuadrat massa lubang hitam. Artinya, semakin besar dan masif lubang hitam tersebut, maka semakin besar pula lubang hitam tersebut kekuatan yang lebih sedikit. Dan jika lubang hitam itu cukup besar, Anda akan dapat melintasi cakrawala bahkan sebelum Anda menyadari bahwa ada sesuatu yang sedang terjadi. Efek dari gaya pasang surut ini akan meregangkan Anda: istilah teknis yang digunakan fisikawan untuk hal ini disebut "spagetifikasi".

Pada masa-masa awal relativitas umum, ada anggapan bahwa akan ada singularitas, namun ternyata tidak demikian.

Apa yang ada di dalam lubang hitam?

Tidak ada yang tahu pasti, tapi yang pasti tidak rak buku. memperkirakan bahwa di dalam lubang hitam terdapat singularitas, tempat di mana gaya pasang surut menjadi sangat besar, dan begitu Anda melewati cakrawala peristiwa, Anda tidak bisa pergi ke tempat lain selain singularitas. Oleh karena itu, lebih baik tidak menggunakan relativitas umum di tempat-tempat ini - ini tidak akan berhasil. Untuk mengetahui apa yang terjadi di dalam lubang hitam, kita memerlukan teori gravitasi kuantum. Secara umum diterima bahwa teori ini akan menggantikan singularitas dengan sesuatu yang lain.

Bagaimana lubang hitam terbentuk?

Saat ini kami mengetahui empat dengan cara yang berbeda pembentukan lubang hitam. Pemahaman paling baik terkait dengan keruntuhan bintang. Sebuah bintang yang cukup besar akan membentuk lubang hitam setelah fusi nuklirnya berhenti, karena segala sesuatu yang mungkin dapat menyatu telah menyatu. Ketika tekanan yang diciptakan oleh sintesis berhenti, zat tersebut mulai jatuh menuju pusat gravitasinya sendiri, menjadi semakin padat. Pada akhirnya, ia menjadi sangat padat sehingga tidak ada yang dapat mengatasi pengaruh gravitasi pada permukaan bintang: inilah asal muasal lubang hitam. Lubang hitam ini disebut "lubang hitam bermassa matahari" dan merupakan yang paling umum.

Jenis lubang hitam umum berikutnya adalah “lubang hitam supermasif”, yang dapat ditemukan di pusat banyak galaksi dan memiliki massa sekitar satu miliar kali lebih besar daripada lubang hitam bermassa matahari. Belum diketahui secara pasti bagaimana sebenarnya mereka terbentuk. Mereka diyakini awalnya adalah lubang hitam bermassa matahari yang, di pusat galaksi padat penduduk, menelan banyak bintang lain dan berkembang. Namun, mereka tampaknya menyerap materi lebih cepat daripada yang disarankan oleh ide sederhana ini, dan bagaimana tepatnya mereka melakukan hal ini masih merupakan masalah penelitian.

Gagasan yang lebih kontroversial adalah lubang hitam purba, yang bisa saja terbentuk oleh hampir semua massa dengan fluktuasi kepadatan besar di awal alam semesta. Meskipun hal ini mungkin terjadi, cukup sulit untuk menemukan model yang memproduksinya tanpa menghasilkan jumlah yang berlebihan.

Terakhir, terdapat gagasan yang sangat spekulatif bahwa Large Hadron Collider dapat menghasilkan lubang hitam kecil dengan massa yang mendekati massa Higgs boson. Ini hanya berfungsi jika Alam Semesta kita memiliki dimensi ekstra. Sejauh ini belum ada bukti yang mendukung teori tersebut.

Bagaimana kita tahu bahwa lubang hitam itu ada?

Kami memiliki banyak bukti pengamatan tentang keberadaan benda kompak bermassa besar yang tidak memancarkan cahaya. Benda-benda tersebut menampakkan dirinya melalui gaya tarik gravitasi, misalnya akibat pergerakan bintang lain atau awan gas di sekitarnya. Mereka juga menciptakan pelensaan gravitasi. Kita tahu bahwa benda-benda tersebut tidak memiliki permukaan padat. Hal ini mengikuti pengamatan karena materi yang jatuh ke suatu benda dengan suatu permukaan seharusnya menyebabkan lebih banyak partikel yang dipancarkan daripada materi yang jatuh melalui cakrawala.

Mengapa tahun lalu Hawking mengatakan bahwa lubang hitam tidak ada?

Maksudnya, lubang hitam tidak memiliki cakrawala peristiwa abadi, melainkan hanya cakrawala tampak sementara (lihat poin satu). Dalam arti sempit, hanya cakrawala peristiwa yang dianggap sebagai lubang hitam.

Bagaimana lubang hitam memancarkan radiasi?

Lubang hitam memancarkan radiasi karena efek kuantum. Penting untuk dicatat bahwa ini adalah efek kuantum materi, bukan efek gravitasi kuantum. Ruangwaktu dinamis dari lubang hitam yang runtuh mengubah definisi sebuah partikel. Ibarat aliran waktu yang terdistorsi di dekat lubang hitam, konsep partikel terlalu bergantung pada pengamat. Khususnya, jika seorang pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam mengira dirinya jatuh ke dalam ruang hampa, maka pengamat yang jauh dari lubang hitam mengira bahwa itu bukanlah ruang hampa, melainkan ruang yang penuh dengan partikel. Peregangan ruang-waktulah yang menyebabkan efek ini.

Pertama kali ditemukan oleh Stephen Hawking, radiasi yang dipancarkan lubang hitam disebut “radiasi Hawking”. Radiasi ini mempunyai suhu yang berbanding terbalik dengan massa lubang hitam: semakin kecil lubang hitam, semakin tinggi suhunya. Lubang hitam bintang dan supermasif yang kita ketahui memiliki suhu jauh di bawah suhu latar belakang gelombang mikro sehingga tidak dapat diamati.

Apa yang dimaksud dengan paradoks informasi?

Paradoks kehilangan informasi disebabkan oleh radiasi Hawking. Radiasi ini murni termal, yaitu acak dan hanya memiliki suhu di antara sifat-sifat tertentu. Radiasinya sendiri tidak mengandung informasi apapun tentang bagaimana lubang hitam itu terbentuk. Namun ketika lubang hitam memancarkan radiasi, ia kehilangan massa dan menyusut. Semua ini sepenuhnya tidak bergantung pada materi yang menjadi bagian dari lubang hitam atau dari mana ia terbentuk. Ternyata hanya dengan mengetahui keadaan akhir penguapan saja, mustahil untuk mengetahui dari mana lubang hitam itu terbentuk. Proses ini "tidak dapat diubah" - dan yang menarik adalah tidak ada proses seperti itu dalam mekanika kuantum.

Ternyata penguapan lubang hitam tidak sesuai dengan teori kuantum yang kita kenal, dan perlu dilakukan sesuatu untuk mengatasinya. Entah bagaimana, selesaikan ketidakkonsistenan tersebut. Kebanyakan fisikawan percaya bahwa solusinya adalah radiasi Hawking harus mengandung informasi.

Apa yang diusulkan Hawking untuk memecahkan paradoks informasi lubang hitam?

Idenya adalah bahwa lubang hitam harus mempunyai cara untuk menyimpan informasi, yang belum diterima. Informasi tersebut disimpan di cakrawala lubang hitam dan dapat menyebabkan perpindahan kecil partikel dalam radiasi Hawking. Perpindahan kecil ini mungkin berisi informasi tentang materi yang terperangkap di dalamnya. Detail pasti dari proses ini saat ini masih belum jelas. Para ilmuwan sedang menunggu makalah teknis yang lebih rinci dari Stephen Hawking, Malcolm Perry dan Andrew Strominger. Kabarnya akan muncul pada akhir September.

Saat ini kami yakin lubang hitam itu ada, kami tahu di mana letaknya, bagaimana terbentuknya, dan akan jadi apa nantinya. Namun rincian kemana perginya informasi yang masuk masih menjadi salah satu misteri terbesar alam semesta.

Lubang hitam dalam ilmu fisika diartikan sebagai suatu wilayah dalam ruang-waktu yang daya tarik gravitasinya begitu kuat sehingga bahkan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan cahaya, termasuk kuanta cahaya itu sendiri, tidak dapat meninggalkannya. Batas wilayah ini disebut cakrawala peristiwa, dan ukuran karakteristiknya adalah radius gravitasi, yang disebut radius Black Forest. Lubang hitam adalah objek paling misterius di alam semesta. Nama malang mereka berasal dari astrofisikawan Amerika John Wheeler. Ini dia kuliah populer Alam Semesta Kita: Dikenal dan Tidak Diketahui pada tahun 1967 menyebut benda-benda superpadat ini sebagai lubang. Sebelumnya, objek seperti itu disebut “bintang runtuh” atau “runtuh”. Namun istilah “lubang hitam” telah mengakar dan tidak mungkin diubah. Ada dua jenis lubang hitam di Alam Semesta: 1 – lubang hitam supermasif, yang massanya jutaan kali lebih besar dari massa Matahari (benda-benda tersebut diyakini terletak di pusat galaksi); 2 – lubang hitam yang kurang masif yang muncul akibat kompresi bintang-bintang raksasa yang sekarat, massanya lebih dari tiga massa matahari; Saat bintang berkontraksi, materi menjadi semakin padat dan akibatnya gravitasi suatu benda meningkat sedemikian rupa sehingga cahaya tidak dapat mengatasinya. Baik radiasi maupun materi tidak dapat lolos dari lubang hitam. Lubang hitam adalah gravitasi yang sangat kuat.

Jari-jari yang harus dikecilkan oleh sebuah bintang untuk menjadi lubang hitam disebut jari-jari gravitasi. Untuk lubang hitam yang terbentuk dari bintang, jaraknya hanya beberapa puluh kilometer. Pada beberapa pasang bintang ganda, salah satunya tidak terlihat dengan teleskop paling kuat, tetapi massa komponen yang tidak terlihat dalam sistem gravitasi tersebut ternyata sangat besar. Kemungkinan besar, objek tersebut adalah bintang neutron atau lubang hitam. Terkadang komponen tak kasat mata yang berpasangan tersebut menghilangkan material dari bintang normal. Dalam hal ini, gas dipisahkan dari lapisan luar bintang yang terlihat dan jatuh ke tempat yang tidak diketahui - ke dalam lubang hitam yang tidak terlihat. Namun sebelum jatuh ke dalam lubang, gas tersebut memancarkan gelombang elektromagnetik dengan panjang yang sangat berbeda, termasuk gelombang sinar-X yang sangat pendek. Selain itu, di dekat bintang neutron atau lubang hitam, gas menjadi sangat panas dan menjadi sumber radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang kuat dalam rentang sinar-X dan sinar gamma. Radiasi tersebut tidak melewati atmosfer bumi, tetapi dapat diamati dengan menggunakan teleskop luar angkasa. Salah satu kandidat lubang hitam adalah sumber sinar-X yang kuat di konstelasi Cygnus.

Sebagian besar percaya bahwa penemuan keberadaan lubang hitam adalah jasa Albert Einstein.

Namun, Einstein menyelesaikan teorinya pada tahun 1916, dan John Mitchell memikirkan gagasan ini pada tahun 1783. Itu tidak digunakan karena pendeta Inggris ini tidak tahu apa yang harus dilakukan dengannya.

Mitchell mulai mengembangkan teori lubang hitam ketika dia menerima gagasan Newton bahwa cahaya terdiri dari partikel material kecil yang disebut foton. Dia memikirkan pergerakan partikel cahaya ini dan sampai pada kesimpulan bahwa itu bergantung pada medan gravitasi bintang yang ditinggalkannya. Dia mencoba memahami apa yang akan terjadi pada partikel-partikel ini jika medan gravitasi terlalu kuat sehingga cahaya tidak bisa lepas.

Mitchell juga merupakan pendiri seismologi modern. Dia berpendapat bahwa gempa bumi merambat melalui bumi seperti gelombang.

2. Mereka benar-benar menarik ruang di sekitar mereka.

Coba bayangkan ruang sebagai lembaran karet. Bayangkan planet-planet adalah bola-bola yang menekan lembaran ini. Ia menjadi cacat dan tidak lagi memiliki garis lurus. Hal ini menciptakan medan gravitasi dan menjelaskan mengapa planet bergerak mengelilingi bintang.

Jika massa benda bertambah, maka deformasi ruang bisa semakin besar. Gangguan tambahan ini meningkatkan gaya gravitasi dan mempercepat orbit, menyebabkan satelit bergerak mengelilingi objek semakin cepat.

Misalnya Merkurius bergerak mengelilingi Matahari dengan kecepatan 48 km/s, sedangkan kecepatan orbit bintang di dekat lubang hitam di pusat galaksi kita mencapai 4.800 km/s.

Jika gaya gravitasi cukup kuat, satelit akan bertabrakan dengan benda besar.

3. Tidak semua lubang hitam itu sama

Kita biasanya berpikir bahwa semua lubang hitam pada dasarnya adalah hal yang sama. Namun, para astronom baru-baru ini menemukan bahwa mereka dapat dibagi menjadi beberapa jenis.

Ada lubang hitam yang berputar, lubang hitam bermuatan listrik, dan lubang hitam yang memiliki ciri-ciri dari dua lubang hitam pertama. Lubang hitam biasa terbentuk dengan menyerap materi, dan lubang hitam yang berputar terbentuk dari penggabungan dua lubang tersebut.

Lubang hitam ini mengeluarkan lebih banyak energi karena meningkatnya gangguan di ruang angkasa. Lubang hitam bermuatan dan berputar bertindak sebagai akselerator partikel.

Lubang hitam yang diberi nama GRS 1915+105 ini terletak sekitar 35 ribu tahun cahaya dari Bumi. Ia berputar dengan kecepatan 950 putaran per detik.

4. Kepadatannya sangat tinggi

Lubang hitam harus berukuran sangat besar dan juga sangat kecil agar dapat menghasilkan gaya gravitasi yang cukup kuat untuk menampung cahaya. Misalnya, jika Anda membuat lubang hitam yang massanya sama dengan massa Bumi, Anda akan mendapatkan bola yang diameternya hanya 9 mm.

Sebuah lubang hitam bermassa 4 juta kali massa Matahari bisa masuk ke ruang antara Merkurius dan Matahari. Lubang hitam di pusat galaksi bisa memiliki massa 10 hingga 30 juta kali massa Matahari.

Massa yang begitu besar di ruang sekecil itu berarti lubang hitam sangat padat dan gaya yang bekerja di dalamnya juga sangat kuat.

5. Mereka cukup berisik

Segala sesuatu yang mengelilingi lubang hitam ditarik ke dalam jurang ini dan pada saat yang sama mengalami percepatan. Cakrawala peristiwa (batas wilayah ruang-waktu, tempat informasi tidak dapat sampai ke pengamat karena kecepatan cahaya yang terbatas; kira-kira campuran) mempercepat partikel hingga hampir mencapai kecepatan cahaya.

Saat materi melintasi pusat cakrawala peristiwa, terdengar suara gemericik. Bunyi ini merupakan konversi energi gerak menjadi gelombang bunyi.

Pada tahun 2003, para astronom menggunakan Observatorium Sinar-X Chandra mendeteksi gelombang suara yang berasal dari lubang hitam supermasif yang terletak 250 juta tahun cahaya jauhnya.

6. Tidak ada yang bisa lepas dari tarikan mereka.

Ketika sesuatu (bisa berupa planet, bintang, galaksi, atau partikel cahaya) lewat cukup dekat dengan lubang hitam, maka mau tidak mau benda tersebut akan ditangkap oleh medan gravitasinya. Jika benda lain yang bekerja pada suatu benda, misalnya roket, lebih kuat dari tarikan gravitasi lubang hitam, maka benda tersebut dapat terhindar dari melahapnya.

Hingga, tentu saja, mencapai cakrawala peristiwa. Titik setelah tidak mungkin lagi meninggalkan lubang hitam. Untuk meninggalkan cakrawala peristiwa, perlu untuk mengembangkan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya, dan ini tidak mungkin.

Ini sisi gelap lubang hitam - jika cahaya tidak bisa keluar darinya, kita tidak akan pernah bisa melihat ke dalam.

Para ilmuwan percaya bahwa lubang hitam kecil sekalipun akan mencabik-cabik Anda jauh sebelum Anda melewati cakrawala peristiwa. Semakin dekat Anda dengan planet, bintang, atau lubang hitam. Jika Anda menerbangkan kaki Anda terlebih dahulu menuju lubang hitam, maka gaya gravitasi di kaki Anda akan jauh lebih besar daripada di kepala Anda. Ini akan membuat Anda terpecah belah.

7. Mereka memperlambat waktu

Cahaya membelok di sekitar cakrawala peristiwa, namun akhirnya terlupakan saat menembus.

Kita dapat menggambarkan apa yang akan terjadi pada sebuah jam tangan jika ia jatuh ke dalam lubang hitam dan bertahan di sana. Saat mereka mendekati cakrawala peristiwa, mereka akan melambat dan akhirnya berhenti total.

Pembekuan waktu ini terjadi akibat dilatasi waktu gravitasi, yang dijelaskan oleh teori relativitas Einstein. Gaya gravitasi dalam lubang hitam begitu kuat sehingga mampu memperlambat waktu. Dari sudut pandang arloji, semuanya berjalan dengan baik. Jam akan menghilang dari pandangan sementara cahaya dari jam tersebut terus meregang. Cahaya akan menjadi semakin merah, panjang gelombang akan meningkat dan akhirnya melampaui spektrum tampak.

8. Mereka adalah penghasil energi yang sempurna

Lubang hitam menyedot seluruh massa di sekitarnya. Di dalam lubang hitam, semua ini dikompresi sedemikian rupa sehingga ruang antara masing-masing elemen atom dikompresi, dan sebagai hasilnya, terbentuk partikel subatom yang dapat terbang keluar. Partikel-partikel ini keluar dari lubang hitam berkat garis-garisnya Medan gaya, melintasi cakrawala peristiwa.

Pelepasan partikel menghasilkan energi yang cukup besar cara yang efektif. Mengubah massa menjadi energi dengan cara ini 50 kali lebih efisien dibandingkan fusi nuklir.

9. Mereka membatasi jumlah bintang

Ahli astrofisika terkenal, Carl Sagan, pernah berkata: ada lebih banyak bintang di Alam Semesta daripada jumlah butiran pasir di pantai-pantai di seluruh dunia. Namun sepertinya hanya ada 10 22 bintang di Alam Semesta.

Jumlah ini ditentukan oleh jumlah lubang hitam. Aliran partikel yang dilepaskan lubang hitam mengembang menjadi gelembung yang menyebar melalui daerah pembentuk bintang. Daerah pembentukan bintang merupakan daerah awan gas yang dapat mendingin dan membentuk bintang. Aliran partikel memanaskan awan gas ini dan mencegah pembentukan bintang.

Artinya, terdapat hubungan seimbang antara jumlah bintang dan aktivitas lubang hitam. Terlalu banyak bintang di sebuah galaksi akan menjadikannya terlalu panas dan eksplosif bagi kehidupan untuk berkembang, namun terlalu sedikit bintang juga tidak kondusif bagi kehidupan.

10. Kita terbuat dari bahan yang sama

Beberapa peneliti percaya bahwa lubang hitam akan membantu kita menciptakan unsur-unsur baru karena mereka memecah materi menjadi partikel subatom.

Partikel-partikel ini terlibat dalam pembentukan bintang, yang pada gilirannya mengarah pada penciptaan unsur-unsur yang lebih berat dari helium, seperti besi dan karbon, yang diperlukan untuk pembentukan planet berbatu dan kehidupan. Unsur-unsur ini adalah bagian dari segala sesuatu yang mempunyai massa, dan oleh karena itu Anda dan saya.

Penemuan ilmiah terbesar tahun 2014

10 pertanyaan utama tentang Alam Semesta yang sedang dicari jawabannya oleh para ilmuwan saat ini

Apakah orang Amerika pernah ke bulan?

Lihatlah pusaran puing-puing menakjubkan yang mengelilingi planet kita

Dengarkan suara luar angkasa

Karena pertumbuhan minat yang relatif baru terhadap pembuatan film sains populer dengan topik eksplorasi ruang angkasa, pemirsa modern telah banyak mendengar tentang fenomena seperti singularitas, atau lubang hitam. Namun, film jelas tidak mengungkap seluruh sifat fenomena ini, dan kadang-kadang bahkan memutarbalikkan teori ilmiah yang dibangun untuk mendapatkan efek yang lebih besar. Oleh karena itu, pemahaman banyak orang modern tentang fenomena ini sepenuhnya dangkal atau sepenuhnya salah. Salah satu solusi dari permasalahan yang muncul adalah artikel ini, dimana kami akan mencoba memahami hasil penelitian yang ada dan menjawab pertanyaan – apa itu lubang hitam?

Pada tahun 1784, pendeta dan naturalis Inggris John Michell pertama kali menyebutkan dalam sebuah surat kepada Royal Society tentang suatu benda masif hipotetis tertentu yang memiliki daya tarik gravitasi yang begitu kuat sehingga kecepatan lepas kedua akan melebihi kecepatan cahaya. Kecepatan lepas kedua adalah kecepatan yang dibutuhkan benda yang relatif kecil untuk mengatasi gaya tarik gravitasi benda angkasa dan melampaui orbit tertutup di sekitar benda ini. Menurut perhitungannya, benda dengan massa jenis Matahari dan radius 500 jari-jari matahari akan memiliki kecepatan lepas kedua di permukaannya. sama dengan kecepatannya cahaya. Dalam hal ini, bahkan cahaya pun tidak akan meninggalkan permukaan benda tersebut, dan oleh karena itu benda tersebut hanya akan menyerap cahaya yang masuk dan tetap tidak terlihat oleh pengamat - semacam titik hitam dengan latar belakang ruang gelap.

Namun, konsep Michell tentang benda supermasif tidak menarik banyak minat hingga muncul karya Einstein. Ingatlah bahwa yang terakhir mendefinisikan kecepatan cahaya sebagai kecepatan maksimum transfer informasi. Selain itu, Einstein memperluas teori gravitasi hingga kecepatan mendekati kecepatan cahaya (). Akibatnya, penerapan teori Newton pada lubang hitam menjadi tidak relevan lagi.

persamaan Einstein

Sebagai hasil penerapan relativitas umum pada lubang hitam dan penyelesaian persamaan Einstein, parameter utama lubang hitam teridentifikasi, yang hanya ada tiga: massa, muatan listrik dan momentum sudut. Perlu dicatat kontribusi signifikan dari astrofisikawan India Subramanian Chandrasekhar, yang menciptakan monografi fundamental: “Teori Matematika Lubang Hitam.”

Jadi, solusi persamaan Einstein diwakili oleh empat pilihan untuk empat jenis yang mungkin lubang hitam:

• BH tanpa rotasi dan tanpa biaya - solusi Schwarzschild. Salah satu deskripsi pertama lubang hitam (1916) menggunakan persamaan Einstein, tetapi tanpa memperhitungkan dua dari tiga parameter benda. Solusi fisikawan Jerman Karl Schwarzschild memungkinkan seseorang menghitung medan gravitasi eksternal dari benda masif berbentuk bola. Keunikan konsep lubang hitam ilmuwan Jerman ini adalah adanya event horizon dan persembunyian di baliknya. Schwarzschild juga merupakan orang pertama yang menghitung jari-jari gravitasi, yang mendapatkan namanya, yang menentukan jari-jari bola di mana cakrawala peristiwa akan ditempatkan untuk benda dengan massa tertentu.
• Lubang hitam tanpa rotasi dengan muatan - solusi Reisner-Nordström. Sebuah solusi diajukan pada tahun 1916-1918, dengan mempertimbangkan kemungkinan muatan listrik dari lubang hitam. Muatan ini tidak bisa sembarangan besarnya dan terbatas karena adanya tolakan listrik yang ditimbulkannya. Yang terakhir ini harus dikompensasi oleh tarikan gravitasi.
• BH dengan rotasi dan tanpa muatan - solusi Kerr (1963). Lubang hitam Kerr yang berputar berbeda dari lubang hitam statis dengan adanya apa yang disebut ergosfer (baca lebih lanjut mengenai ini dan komponen lubang hitam lainnya).
• BH dengan rotasi dan muatan - solusi Kerr-Newman. Solusi ini dihitung pada tahun 1965 dan saat ini merupakan solusi terlengkap karena memperhitungkan ketiga parameter lubang hitam. Namun, lubang hitam di alam masih diasumsikan memiliki muatan yang tidak signifikan.

Pembentukan lubang hitam

Ada beberapa teori tentang bagaimana lubang hitam terbentuk dan muncul, yang paling terkenal adalah teori tersebut muncul akibat keruntuhan gravitasi sebuah bintang dengan massa yang cukup. Kompresi seperti itu dapat mengakhiri evolusi bintang dengan massa lebih dari tiga massa Matahari. Penyelesaian termo reaksi nuklir di dalam bintang-bintang tersebut mereka mulai memadat dengan cepat menjadi sangat padat. Jika tekanan gas bintang neutron tidak dapat mengimbangi gaya gravitasi, maka massa bintang melebihi apa yang disebut. batas Oppenheimer-Volkoff, kemudian keruntuhan berlanjut, mengakibatkan materi terkompresi menjadi lubang hitam.

Skenario kedua yang menggambarkan lahirnya lubang hitam adalah kompresi gas protogalaksi, yaitu gas antarbintang yang sedang bertransformasi menjadi galaksi atau semacam cluster. Jika tekanan internal tidak mencukupi untuk mengkompensasi hal yang sama gaya gravitasi lubang hitam mungkin muncul.

Dua skenario lainnya masih bersifat hipotetis:

• Terjadinya lubang hitam akibat apa yang disebut lubang hitam purba.
• Terjadinya akibat reaksi nuklir yang terjadi pada energi tinggi. Contoh reaksi tersebut adalah eksperimen pada alat penumbuk.

Struktur dan fisika lubang hitam

Struktur lubang hitam menurut Schwarzschild hanya mencakup dua elemen yang telah disebutkan sebelumnya: singularitas dan cakrawala peristiwa lubang hitam. Berbicara secara singkat tentang singularitas, dapat dicatat bahwa tidak mungkin menarik garis lurus melaluinya, dan juga sebagian besar teori fisika yang ada tidak berlaku di dalamnya. Dengan demikian, fisika singularitas masih menjadi misteri bagi para ilmuwan saat ini. lubang hitam adalah suatu batas tertentu, yang jika dilewati suatu benda fisik akan kehilangan kesempatan untuk kembali melampaui batasnya dan pasti akan “jatuh” ke dalam singularitas lubang hitam.

Struktur lubang hitam menjadi lebih rumit dengan adanya solusi Kerr, yaitu dengan adanya rotasi lubang hitam. Solusi Kerr mengasumsikan bahwa lubang tersebut memiliki ergosfer. Ergosfer adalah wilayah tertentu yang terletak di luar cakrawala peristiwa, di dalamnya semua benda bergerak searah rotasi lubang hitam. Area ini belum menarik dan masih memungkinkan untuk ditinggalkan, tidak seperti event horizon. Ergosfer mungkin merupakan analogi dari piringan akresi, yang mewakili materi yang berputar di sekitar benda masif. Jika lubang hitam Schwarzschild statis direpresentasikan sebagai bola hitam, maka lubang hitam Kerry, karena adanya ergosfer, berbentuk ellipsoid pepat, yang bentuknya sering kita lihat lubang hitam pada gambar di masa lalu. film atau video game.

• Berapa berat lubang hitam? - Materi teoretis terbesar tentang kemunculan lubang hitam tersedia untuk skenario kemunculannya sebagai akibat dari runtuhnya sebuah bintang. Dalam hal ini, massa maksimum bintang neutron dan massa minimum lubang hitam ditentukan oleh batas Oppenheimer-Volkov, yang menurutnya batas bawah massa lubang hitam adalah 2,5 - 3 massa matahari. Lubang hitam terberat yang pernah ditemukan (di galaksi NGC 4889) memiliki massa 21 miliar massa matahari. Namun, kita tidak boleh melupakan lubang hitam yang secara hipotetis muncul sebagai akibat dari reaksi nuklir berenergi tinggi, seperti yang terjadi pada tumbukan. Massa lubang hitam kuantum tersebut, dengan kata lain “lubang hitam Planck”, berorde , yaitu 2·10−5 g.
• Ukuran lubang hitam. Jari-jari minimum lubang hitam dapat dihitung dari massa minimum (2,5 - 3 massa matahari). Jika jari-jari gravitasi Matahari, yaitu daerah di mana cakrawala peristiwa berada, adalah sekitar 2,95 km, maka radius minimum lubang hitam bermassa 3 matahari adalah sekitar sembilan kilometer. Ukuran yang relatif kecil ini sulit dipahami ketika kita berbicara tentang benda-benda masif yang menarik segala sesuatu di sekitarnya. Namun, untuk lubang hitam kuantum, radiusnya adalah 10 −35 m.
• Kepadatan rata-rata lubang hitam bergantung pada dua parameter: massa dan radius. Massa jenis lubang hitam dengan massa sekitar tiga massa matahari adalah sekitar 6 · 10 26 kg/m³, sedangkan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Namun lubang hitam sekecil itu belum ditemukan oleh para ilmuwan. Sebagian besar lubang hitam yang terdeteksi memiliki massa lebih besar dari 10 5 massa matahari. Ada pola menarik yang menyatakan bahwa semakin masif sebuah lubang hitam, semakin rendah kepadatannya. Dalam hal ini, perubahan massa sebesar 11 kali lipat menyebabkan perubahan massa jenis sebesar 22 kali lipat. Jadi, lubang hitam bermassa 1·10 9 massa matahari memiliki massa jenis 18,5 kg/m³, yang satu lebih kecil dari massa jenis emas. Dan lubang hitam dengan massa lebih dari 10 10 massa matahari dapat memilikinya kepadatan rata-rata kepadatan udara lebih sedikit. Berdasarkan perhitungan tersebut, masuk akal untuk berasumsi bahwa terbentuknya lubang hitam terjadi bukan karena kompresi materi, melainkan akibat akumulasi sejumlah besar materi dalam volume tertentu. Dalam kasus lubang hitam kuantum, kepadatannya bisa mencapai sekitar 10 94 kg/m³.
• Suhu lubang hitam juga bergantung berbanding terbalik dengan massanya. Suhu ini berhubungan langsung dengan. Spektrum radiasi ini bertepatan dengan spektrum benda yang benar-benar hitam, yaitu benda yang menyerap semua radiasi yang datang. Spektrum radiasi suatu benda yang benar-benar hitam hanya bergantung pada suhunya, kemudian suhu lubang hitam dapat ditentukan dari spektrum radiasi Hawking. Seperti disebutkan di atas, radiasi ini semakin kuat jika semakin kecil lubang hitamnya. Pada saat yang sama, radiasi Hawking masih bersifat hipotetis, karena belum diamati oleh para astronom. Oleh karena itu, jika radiasi Hawking ada, maka suhu lubang hitam yang diamati sangat rendah sehingga radiasi tersebut tidak dapat dideteksi. Berdasarkan perhitungan, bahkan suhu lubang dengan massa sebesar massa Matahari dapat diabaikan begitu saja (1·10 -7 K atau -272°C). Suhu lubang hitam kuantum dapat mencapai sekitar 10 12 K, dan dengan penguapannya yang cepat (sekitar 1,5 menit), lubang hitam tersebut dapat memancarkan energi sekitar sepuluh juta bom atom. Namun, untungnya, untuk membuat objek hipotetis seperti itu diperlukan energi 10 14 kali lebih besar daripada yang dicapai saat ini di Large Hadron Collider. Apalagi fenomena seperti itu belum pernah diamati oleh para astronom.

Lubang hitam terdiri dari apa?

Pertanyaan lain yang mengkhawatirkan para ilmuwan dan mereka yang hanya tertarik pada astrofisika - terdiri dari apa lubang hitam? Tidak ada jawaban jelas atas pertanyaan ini, karena tidak mungkin melihat melampaui cakrawala peristiwa yang mengelilingi lubang hitam mana pun. Selain itu, seperti disebutkan sebelumnya, model teoretis lubang hitam hanya menyediakan 3 komponennya: ergosfer, cakrawala peristiwa, dan singularitas. Masuk akal untuk berasumsi bahwa di ergosfer hanya terdapat objek-objek yang tertarik oleh lubang hitam dan yang sekarang berputar mengelilinginya - berbagai jenis benda kosmik dan gas kosmik. Cakrawala peristiwa hanyalah sebuah batas implisit yang tipis, setelah melewatinya benda-benda kosmik yang sama akan tertarik secara permanen menuju komponen utama terakhir lubang hitam - singularitas. Sifat singularitas belum dipelajari saat ini dan masih terlalu dini untuk membicarakan komposisinya.

Menurut beberapa asumsi, lubang hitam mungkin terdiri dari neutron. Jika kita mengikuti skenario terjadinya lubang hitam akibat kompresi suatu bintang menjadi bintang neutron yang diikuti kompresinya, maka kemungkinan besar bagian utama lubang hitam terdiri dari neutron, yang di antaranya adalah bintang neutron itu sendiri. tersusun. Dengan kata sederhana: Ketika sebuah bintang runtuh, atom-atomnya dikompresi sedemikian rupa sehingga elektron bergabung dengan proton, sehingga membentuk neutron. Reaksi serupa sebenarnya terjadi di alam, dan dengan terbentuknya neutron, terjadi radiasi neutrino. Namun, ini hanyalah asumsi.

Apa yang terjadi jika Anda jatuh ke dalam lubang hitam?

Jatuh ke dalam lubang hitam astrofisika menyebabkan tubuh meregang. Bayangkan kosmonaut bunuh diri hipotetis yang menuju ke lubang hitam hanya dengan mengenakan pakaian antariksa, dengan kaki terlebih dahulu. Melintasi cakrawala peristiwa, astronot tidak akan melihat perubahan apa pun, meskipun ia tidak lagi memiliki kesempatan untuk kembali. Pada titik tertentu, astronot akan mencapai suatu titik (sedikit di belakang cakrawala peristiwa) di mana deformasi tubuhnya akan mulai terjadi. Karena medan gravitasi lubang hitam tidak seragam dan diwakili oleh gradien gaya yang meningkat ke arah pusat, kaki astronot akan terkena pengaruh gravitasi yang jauh lebih besar daripada, misalnya, kepala. Kemudian, karena gravitasi, atau lebih tepatnya gaya pasang surut, kaki akan “jatuh” lebih cepat. Dengan demikian, tubuh mulai memanjang secara bertahap. Untuk menggambarkan fenomena ini, ahli astrofisika telah menemukan istilah yang cukup kreatif - spagetifikasi. Peregangan lebih jauh pada benda mungkin akan menguraikannya menjadi atom-atom, yang cepat atau lambat akan mencapai singularitas. Orang hanya bisa menebak bagaimana perasaan seseorang dalam situasi ini. Perlu dicatat bahwa efek peregangan suatu benda berbanding terbalik dengan massa lubang hitam. Artinya, jika lubang hitam bermassa tiga Matahari langsung meregangkan/merobek tubuhnya, maka lubang hitam supermasif tersebut akan memiliki gaya pasang surut yang lebih rendah dan terdapat asumsi bahwa beberapa bahan fisik dapat “mentolerir” deformasi tersebut tanpa kehilangan strukturnya.

Seperti yang Anda ketahui, waktu mengalir lebih lambat di dekat benda-benda besar, yang berarti waktu bagi astronot yang melakukan bom bunuh diri akan mengalir jauh lebih lambat dibandingkan bagi penduduk bumi. Dalam hal ini, mungkin dia tidak hanya akan hidup lebih lama dari teman-temannya, tetapi juga Bumi itu sendiri. Untuk menentukan berapa lama waktu akan melambat bagi seorang astronot, diperlukan perhitungan, tetapi dari penjelasan di atas dapat diasumsikan bahwa astronot akan jatuh ke dalam lubang hitam dengan sangat lambat dan, mungkin, tidak akan hidup untuk melihat momen ketika miliknya. tubuh mulai berubah bentuk.

Patut dicatat bahwa bagi pengamat dari luar, semua benda yang terbang menuju cakrawala peristiwa akan tetap berada di tepi cakrawala ini hingga bayangannya menghilang. Alasan fenomena ini adalah pergeseran merah gravitasi. Sederhananya, kita dapat mengatakan bahwa cahaya yang jatuh pada tubuh kosmonot bunuh diri yang “membeku” di cakrawala peristiwa akan mengubah frekuensinya karena waktu yang melambat. Seiring berjalannya waktu lebih lambat, frekuensi cahaya akan berkurang dan panjang gelombang akan meningkat. Akibat fenomena ini, pada keluarannya, yaitu bagi pengamat luar, cahaya secara bertahap akan bergeser ke arah frekuensi rendah - merah. Pergeseran cahaya sepanjang spektrum akan terjadi ketika kosmonot yang melakukan bunuh diri semakin menjauh dari pengamat, meskipun hampir tidak terlihat, dan waktunya mengalir semakin lambat. Dengan demikian, cahaya yang dipantulkan tubuhnya akan segera melampaui spektrum tampak (gambar akan hilang), dan di masa depan tubuh astronot hanya dapat ditangkap di wilayah tersebut. radiasi infra merah, kemudian - dalam frekuensi radio, dan akibatnya radiasi akan sulit dipahami.

Meskipun demikian, diasumsikan bahwa dalam lubang hitam supermasif yang sangat besar, gaya pasang surut tidak banyak berubah seiring jarak dan bekerja hampir seragam pada benda yang jatuh. Dalam hal ini, terjatuh pesawat ruang angkasa akan mempertahankan strukturnya. Sebuah pertanyaan yang masuk akal muncul - ke mana arah lubang hitam? Pertanyaan ini dapat dijawab melalui karya beberapa ilmuwan yang menghubungkan dua fenomena seperti lubang cacing dan lubang hitam.

Pada tahun 1935, Albert Einstein dan Nathan Rosen mengajukan hipotesis tentang keberadaan apa yang disebut lubang cacing, yang menghubungkan dua titik ruang-waktu melalui tempat-tempat yang memiliki kelengkungan signifikan - jembatan atau lubang cacing Einstein-Rosen. Untuk kelengkungan ruang yang begitu kuat, diperlukan benda-benda bermassa raksasa, yang perannya akan dipenuhi dengan sempurna oleh lubang hitam.

Jembatan Einstein-Rosen dianggap sebagai lubang cacing yang tidak dapat dilewati karena ukurannya yang kecil dan tidak stabil.

Lubang cacing yang dapat dilintasi dimungkinkan dalam kerangka teori lubang hitam dan putih. Dimana white hole merupakan keluaran informasi yang terperangkap di dalam black hole. Lubang putih dijelaskan dalam kerangka relativitas umum, tetapi saat ini masih bersifat hipotetis dan belum ditemukan. Model lubang cacing lainnya diusulkan oleh ilmuwan Amerika Kip Thorne dan mahasiswa pascasarjananya Mike Morris, yang mungkin bisa diterima. Namun, baik dalam kasus lubang cacing Morris-Thorn maupun dalam kasus lubang hitam putih, kemungkinan perjalanan memerlukan keberadaan apa yang disebut materi eksotik, yang memiliki energi negatif dan juga masih bersifat hipotetis.

Lubang hitam di Alam Semesta

Keberadaan lubang hitam baru terkonfirmasi relatif baru (September 2015), namun sebelumnya sudah banyak materi teoritis tentang sifat lubang hitam, serta banyak calon objek yang berperan sebagai lubang hitam. Pertama-tama, Anda harus memperhitungkan ukuran lubang hitam, karena sifat dari fenomena tersebut bergantung padanya:

• Lubang hitam bermassa bintang. Benda-benda tersebut terbentuk akibat runtuhnya sebuah bintang. Seperti disebutkan sebelumnya, massa minimum suatu benda yang mampu membentuk lubang hitam adalah 2,5 - 3 massa matahari.
• Lubang hitam bermassa menengah. Jenis lubang hitam perantara bersyarat yang tumbuh karena penyerapan benda-benda di dekatnya, seperti gugusan gas, bintang tetangga (dalam sistem dua bintang), dan benda kosmik lainnya.
• Lubang hitam supermasif. Benda padat dengan massa 10 5 -10 10 matahari. Ciri khas lubang hitam tersebut adalah kepadatannya yang sangat rendah, serta gaya pasang surut yang lemah, yang telah disebutkan sebelumnya. Ini persis dengan lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti kita (Sagitarius A*, Sgr A*), serta sebagian besar galaksi lainnya.

Calon ChD

Lubang hitam terdekat, atau lebih tepatnya calon lubang hitam, adalah sebuah benda (V616 Monoceros), yang terletak pada jarak 3000 tahun cahaya dari Matahari (di galaksi kita). Terdiri dari dua komponen: bintang dengan massa setengah massa Matahari, serta benda kecil tak kasat mata yang bermassa 3 - 5 massa matahari. Jika objek ini ternyata adalah lubang hitam kecil bermassa bintang, maka ia berhak menjadi lubang hitam terdekat.

Menyusul objek tersebut, lubang hitam terdekat kedua adalah objek Cygnus X-1 (Cyg X-1), yang merupakan kandidat pertama untuk berperan sebagai lubang hitam. Jaraknya kurang lebih 6070 tahun cahaya. Dipelajari dengan cukup baik: ia memiliki massa 14,8 massa matahari dan radius cakrawala peristiwa sekitar 26 km.

Menurut beberapa sumber, kandidat terdekat lainnya untuk peran lubang hitam mungkin adalah benda di sistem bintang V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), yang menurut perkiraan pada tahun 1999, terletak pada jarak 1600 tahun cahaya. Namun, penelitian selanjutnya telah meningkatkan jarak ini setidaknya 15 kali lipat.

Berapa banyak lubang hitam yang ada di galaksi kita?

Tidak ada jawaban pasti untuk pertanyaan ini, karena cukup sulit untuk mengamatinya, dan selama seluruh periode mempelajari langit, para ilmuwan telah mampu menemukan sekitar selusin lubang hitam di dalam Bima Sakti. Tanpa melakukan perhitungan, kami mencatat bahwa ada sekitar 100 - 400 miliar bintang di galaksi kita, dan kira-kira setiap bintang keseribu memiliki massa yang cukup untuk membentuk lubang hitam. Kemungkinan jutaan lubang hitam terbentuk selama keberadaan Bima Sakti. Karena lebih mudah untuk mendeteksi lubang hitam berukuran sangat besar, masuk akal untuk berasumsi bahwa kemungkinan besar sebagian besar lubang hitam di galaksi kita bukanlah lubang hitam supermasif. Patut dicatat bahwa penelitian NASA pada tahun 2005 menunjukkan adanya segerombolan lubang hitam (10-20 ribu) yang mengorbit pusat galaksi. Selain itu, pada tahun 2016, ahli astrofisika Jepang menemukan satelit besar di dekat objek* - lubang hitam, inti Bima Sakti. Karena radius benda ini yang kecil (0,15 tahun cahaya), serta massanya yang sangat besar (100.000 massa matahari), para ilmuwan berasumsi bahwa benda ini juga merupakan lubang hitam supermasif.

Inti galaksi kita, lubang hitam Bima Sakti (Sagitarius A*, Sgr A* atau Sagitarius A*) berukuran supermasif dan memiliki massa 4,31 10 6 massa matahari, dan radius 0,00071 tahun cahaya (6,25 jam cahaya . atau 6,75 miliar km). Suhu Sagitarius A*, bersama dengan gugus di sekitarnya, adalah sekitar 1·10 7 K.

Lubang hitam terbesar

Lubang hitam terbesar di Alam Semesta yang pernah ditemukan para ilmuwan adalah lubang hitam supermasif, FSRQ blazar, di pusat galaksi S5 0014+81, pada jarak 1,2 10 10 tahun cahaya dari Bumi. Menurut hasil observasi awal menggunakan observatorium luar angkasa Swift, massa lubang hitam adalah 40 miliar (40·10 9) massa matahari, dan radius Schwarzschild lubang tersebut adalah 118,35 miliar kilometer (0,013 tahun cahaya). Selain itu, menurut perhitungan, ia muncul 12,1 miliar tahun lalu (1,6 miliar tahun setelah Big Bang). Jika lubang hitam raksasa ini tidak menyerap materi di sekitarnya, maka ia akan hidup untuk melihat era lubang hitam - salah satu era perkembangan Alam Semesta, di mana lubang hitam akan mendominasi di dalamnya. Jika inti galaksi S5 0014+81 terus membesar, maka akan menjadi salah satu lubang hitam terakhir yang ada di Alam Semesta.

Dua lubang hitam lainnya diketahui, meski tidak memilikinya nama yang tepat, memiliki nilai tertinggi untuk studi lubang hitam, karena mereka mengkonfirmasi keberadaannya secara eksperimental, dan juga memberikan hasil penting untuk studi gravitasi. Kita berbicara tentang peristiwa GW150914, yaitu tumbukan dua lubang hitam menjadi satu. Acara ini memungkinkan untuk mendaftar.

Deteksi lubang hitam

Sebelum mempertimbangkan metode untuk mendeteksi lubang hitam, kita harus menjawab pertanyaan – mengapa lubang hitam berwarna hitam? - jawabannya tidak memerlukan pengetahuan mendalam tentang astrofisika dan kosmologi. Faktanya adalah lubang hitam menyerap semua radiasi yang jatuh di atasnya dan tidak memancarkan sama sekali, jika kita tidak memperhitungkan hipotesisnya. Jika kita memperhatikan fenomena ini lebih detail, kita dapat berasumsi bahwa proses yang mengarah pada pelepasan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik tidak terjadi di dalam lubang hitam. Kemudian, jika lubang hitam mengeluarkan emisi, ia akan melakukannya dalam spektrum Hawking (yang bertepatan dengan spektrum benda hitam yang dipanaskan). Namun, seperti disebutkan sebelumnya, radiasi ini tidak terdeteksi, yang menunjukkan bahwa suhu lubang hitam sangat rendah.

Teori lain yang diterima secara umum mengatakan hal itu radiasi elektromagnetik dan sama sekali tidak mampu meninggalkan cakrawala peristiwa. Kemungkinan besar foton (partikel cahaya) tidak tertarik oleh benda masif, karena menurut teori, benda tersebut sendiri tidak memiliki massa. Namun lubang hitam tetap “menarik” foton cahaya melalui distorsi ruang-waktu. Jika kita membayangkan lubang hitam di luar angkasa sebagai semacam cekungan pada permukaan halus ruang-waktu, maka terdapat jarak tertentu dari pusat lubang hitam, yang mendekatinya sehingga cahaya tidak dapat lagi menjauh darinya. Artinya, secara kasar, cahaya mulai “jatuh” ke dalam “lubang” yang bahkan tidak memiliki “dasar”.

Selain itu, jika kita memperhitungkan efek pergeseran merah gravitasi, ada kemungkinan cahaya di lubang hitam kehilangan frekuensinya, berpindah sepanjang spektrum ke wilayah radiasi gelombang panjang berfrekuensi rendah hingga kehilangan energi sama sekali.

Jadi, lubang hitam berwarna hitam sehingga sulit dideteksi di luar angkasa.

Metode deteksi

Mari kita lihat metode yang digunakan para astronom untuk mendeteksi lubang hitam:

Selain metode yang disebutkan di atas, para ilmuwan sering mengasosiasikan benda-benda seperti lubang hitam dan. Quasar adalah gugus benda kosmik dan gas tertentu, yang merupakan salah satu objek astronomi paling terang di alam semesta. Karena mereka memiliki intensitas pendaran yang tinggi pada ukuran yang relatif kecil, ada alasan untuk berasumsi bahwa pusat objek-objek ini adalah lubang hitam supermasif, yang menarik materi di sekitarnya. Karena daya tarik gravitasi yang begitu kuat, materi yang tertarik menjadi sangat panas sehingga memancar dengan kuat. Penemuan benda semacam itu biasanya disamakan dengan penemuan lubang hitam. Terkadang quasar dapat memancarkan pancaran plasma panas ke dua arah - pancaran relativistik. Alasan munculnya pancaran tersebut tidak sepenuhnya jelas, tetapi kemungkinan besar disebabkan oleh interaksi medan magnet lubang hitam dan piringan akresi, dan tidak dipancarkan oleh lubang hitam langsung.

Jet di galaksi M87 memotret dari pusat lubang hitam

Untuk meringkas hal di atas, kita dapat membayangkan, dari dekat: ini adalah benda hitam berbentuk bola yang di sekelilingnya materi yang sangat panas berputar, membentuk piringan akresi bercahaya.

Penggabungan dan tabrakan lubang hitam

Salah satu fenomena paling menarik dalam astrofisika adalah tumbukan lubang hitam, yang juga memungkinkan untuk mendeteksi benda-benda astronomi yang begitu besar. Proses seperti ini tidak hanya menarik perhatian para ahli astrofisika, karena proses tersebut menghasilkan fenomena yang kurang dipelajari oleh fisikawan. Contoh paling jelas adalah peristiwa yang disebutkan sebelumnya yang disebut GW150914, ketika dua lubang hitam berada begitu dekat sehingga, akibat gaya tarik-menarik gravitasi, mereka bergabung menjadi satu. Akibat penting dari tumbukan ini adalah munculnya gelombang gravitasi.

Menurut definisinya, gelombang gravitasi adalah perubahan medan gravitasi yang merambat seperti gelombang dari benda bergerak bermassa besar. Ketika dua benda tersebut mendekat, mereka mulai berputar mengelilingi pusat gravitasi yang sama. Saat mereka semakin dekat, rotasi mereka di sekitar porosnya meningkat. Osilasi medan gravitasi yang bergantian pada suatu saat dapat membentuk satu gelombang gravitasi yang kuat, yang dapat merambat melalui ruang angkasa selama jutaan tahun cahaya. Jadi, pada jarak 1,3 miliar tahun cahaya, dua lubang hitam bertabrakan, menghasilkan gelombang gravitasi kuat yang mencapai Bumi pada 14 September 2015 dan direkam oleh detektor LIGO dan VIRGO.

Bagaimana lubang hitam bisa mati?

Jelasnya, agar lubang hitam tidak ada lagi, ia harus kehilangan seluruh massanya. Namun menurut definisinya, tidak ada yang bisa meninggalkan lubang hitam jika sudah melintasi cakrawala peristiwanya. Diketahui, kemungkinan emisi partikel dari lubang hitam pertama kali disebutkan oleh fisikawan teoretis Soviet Vladimir Gribov, dalam diskusinya dengan ilmuwan Soviet lainnya Yakov Zeldovich. Ia berpendapat bahwa dari sudut pandang mekanika kuantum, lubang hitam mampu memancarkan partikel melalui efek terowongan. Belakangan, dengan menggunakan mekanika kuantum, fisikawan teoretis Inggris Stephen Hawking membangun teorinya sendiri yang sedikit berbeda. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang fenomena ini. Singkatnya, dalam ruang hampa terdapat apa yang disebut partikel maya, yang terus-menerus lahir berpasangan dan saling memusnahkan, tanpa berinteraksi dengan dunia luar. Namun jika pasangan tersebut muncul di cakrawala peristiwa lubang hitam, maka gravitasi yang kuat secara hipotetis mampu memisahkan mereka, dengan satu partikel jatuh ke dalam lubang hitam dan partikel lainnya menjauh dari lubang hitam. Dan karena partikel yang terbang menjauh dari lubang dapat diamati, sehingga mempunyai energi positif, maka partikel yang jatuh ke dalam lubang pasti mempunyai energi negatif. Dengan demikian, lubang hitam akan kehilangan energinya dan terjadi efek yang disebut penguapan lubang hitam.

Menurut model lubang hitam yang ada, seperti disebutkan sebelumnya, seiring dengan berkurangnya massa, radiasinya menjadi lebih kuat. Kemudian, pada tahap akhir keberadaan lubang hitam, ketika ia menyusut menjadi seukuran lubang hitam kuantum, ia akan melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk radiasi, yang setara dengan ribuan atau bahkan jutaan energi atom. bom. Peristiwa ini agak mengingatkan pada ledakan lubang hitam, seperti bom yang sama. Menurut perhitungan, lubang hitam purba bisa saja lahir sebagai akibat dari Big Bang, dan lubang hitam bermassa sekitar 10 12 kg akan menguap dan meledak sekitar zaman kita. Meski begitu, ledakan seperti itu belum pernah diperhatikan oleh para astronom.

Meskipun mekanisme penghancuran lubang hitam diusulkan oleh Hawking, sifat radiasi Hawking menyebabkan paradoks dalam kerangka mekanika kuantum. Jika lubang hitam menyerap benda tertentu, dan kemudian kehilangan massa akibat penyerapan benda tersebut, maka terlepas dari sifat benda tersebut, lubang hitam tidak akan berbeda dengan sebelum menyerap benda tersebut. Dalam hal ini, informasi tentang tubuh hilang selamanya. Dari sudut pandang perhitungan teoretis, transformasi keadaan murni awal menjadi keadaan campuran (“termal”) yang dihasilkan tidak sesuai dengan teori mekanika kuantum saat ini. Paradoks ini terkadang disebut hilangnya informasi dalam lubang hitam. Solusi pasti terhadap paradoks ini belum pernah ditemukan. Solusi yang diketahui untuk paradoks ini:

• Ketidakabsahan teori Hawking. Hal ini menyebabkan ketidakmungkinan menghancurkan lubang hitam dan pertumbuhannya yang konstan.
• Kehadiran lubang putih. Dalam hal ini, informasi yang diserap tidak hilang, tetapi dibuang begitu saja ke Alam Semesta lain.
• Inkonsistensi teori mekanika kuantum yang diterima secara umum.

Masalah fisika lubang hitam yang belum terpecahkan

Dilihat dari semua yang telah dijelaskan sebelumnya, lubang hitam, meskipun telah dipelajari dalam waktu yang relatif lama, masih memiliki banyak keistimewaan, yang mekanismenya masih belum diketahui oleh para ilmuwan.

• Pada tahun 1970, seorang ilmuwan Inggris merumuskan apa yang disebut. “prinsip sensor kosmik” - “Alam membenci singularitas telanjang.” Artinya singularitas hanya terbentuk di tempat tersembunyi, misalnya di pusat lubang hitam. Namun prinsip ini belum terbukti. Ada juga kalkulasi teoretis yang dengannya singularitas “telanjang” dapat muncul.
• Teorema “tanpa rambut”, yang menyatakan bahwa lubang hitam hanya memiliki tiga parameter, juga belum terbukti.
• Teori lengkap tentang magnetosfer lubang hitam belum dikembangkan.
• Sifat dan fisika singularitas gravitasi belum dipelajari.
• Tidak diketahui secara pasti apa yang terjadi pada tahap akhir keberadaan lubang hitam, dan apa yang tersisa setelah peluruhan kuantumnya.

Fakta menarik tentang lubang hitam

Meringkas hal di atas, kita dapat menyoroti beberapa ciri menarik dan tidak biasa dari sifat lubang hitam:

• BH hanya memiliki tiga parameter: massa, muatan listrik, dan momentum sudut. Akibat sedikitnya jumlah ciri-ciri tubuh ini, teorema yang menyatakan hal ini disebut “teorema tanpa rambut”. Dari sinilah muncul ungkapan “lubang hitam tidak memiliki rambut”, yang artinya dua lubang hitam benar-benar identik, ketiga parameter yang disebutkan adalah sama.
• Kepadatan lubang hitam bisa lebih kecil dari kepadatan udara, dan suhunya mendekati nol mutlak. Dari sini kita dapat berasumsi bahwa terbentuknya lubang hitam bukan terjadi karena kompresi materi, melainkan akibat penumpukan materi dalam jumlah besar dalam volume tertentu.
• Waktu berlalu jauh lebih lambat bagi benda-benda yang diserap oleh lubang hitam dibandingkan bagi pengamat eksternal. Selain itu, benda-benda yang terserap meregang secara signifikan di dalam lubang hitam, yang oleh para ilmuwan disebut spagetifikasi.
• Mungkin ada sekitar satu juta lubang hitam di galaksi kita.
• Kemungkinan besar terdapat lubang hitam supermasif di pusat setiap galaksi.
• Di masa depan, menurut model teoritis, Alam Semesta akan mencapai apa yang disebut era lubang hitam, ketika lubang hitam akan menjadi benda dominan di Alam Semesta.