Очевидное – невероятное: Черные дыры – космические "пылесосы"
Черные дыры - это самые загадочные объекты во Вселенной. Уже само их существование можно рассматривать как невероятное. Загадочен не столько сам эффект втягивания материи черной дырой в себя, сколько факт того, куда это всё девается! И хотя физики придумали для этого слово "сингулярность", но никто до сих пор толком не знает, что это такое. И неизвестно, можно ли вообще узнать, что это такое. Ведь это находится за границей нашего мира. О всех событиях, протекающих внутри черной дыры, наблюдатель, оставшийся вне ее, знает, так сказать, только теоретически. Он не может получить о них никаких сведений, никаких сигналов из-под горизонта черной дыры.
Черные дыры — объекты совершенно фантастические по своим свойствам. “Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое — это образ черный дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или в мифах древности, чем в реальной Вселенной. И тем не менее законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно, только наша Галактика содержит миллионы их” — так сказал о черных дырах американский физик К. Торн.
К этому следует добавить, что внутри черной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты... Внутри черной дыры, за краем этой своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы.
 |
 |
Предполагаемое фото чёрной дыры. Компьютерный рисунок
Чёрная дыра́ - область в пространстве-времени, где гравитационное притяжение настолько велико, что ничто, ни вещество, ни излучение не могут её покинуть. Для находящихся там тел вторая космическая скорость (скорость убегания) должна была бы превышать скорость света, что невозможно, поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света. Поэтому из черной дыры ничто не может вылететь. Таким образом, свет не сможет вырваться из этого тела и оно будет невидимым. Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом.
Чёрные дыры захватывают в себя газ, пыль, звёзды и любое другое приблизившееся вещество, включая другие чёрные дыры. Поглащаемое вещество становится очень горячим. Температура внутри черной дыры соответствует 2 триллионам градусов Цельсия. При такой экстремальной температуре обычное вещество полностью разрушается и превращается в "суп" из субатомных частиц. В этом состоянии вещество начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.
Пространство и время искривляются гравитационным полем вблизи черных дыр. Поэтому выдать черную дыру может лишь необычное поведение объектов, которые подпали под ее грандиозное поле тяготения до достижения ими горизонта событий. Как правило, «звезды смерти» определяют в двойных звездных системах по активному выбросу рентгеновского излучения, которое производится при поглощении черной дырой звезды-компаньона, а также по необычным траекториям движения звезд вокруг невидимого мощного гравитационного центра.
 |
 |
1. Это составное изображение галактики М81 включает рентгеновские лучи, полученные обсерваторией Чандра (синий), оптические данные, полученные телескопом Хаббл (Hubble) (зеленый), инфракрасные лучи, полученные телескопом Спитцер (Spitzer) (розовый), и ультрафиолетовые данные, полученные телескопом GALEX (пурпурный). Показан крупный план изображения из обсерватории Чандра, где спряталась сверхмассивная черная дыра, в 70 миллионов раз превышающая массу Солнца. Новое исследование в сочетании с подробными теоретическими моделями показывает, что гигантская черная дыра в галактике М81 питается так же, как и черные дыры, масса которых только в десятки раз превышает массу Солнца».
2. Сверхмассивная черная дыра в центре галактики
Чёрные дыры могут вращаться очень быстро, увлекая за собой пространство вокруг них. Когда много вещества падает на чёрную дыру, оно закручивается как в водовороте. С помощью рентгеновских и радио-наблюдений астрономы могут быть свидетелями таких событий, в том числе и струй излучения из чёрных дыр, но они не могут увидеть саму чёрную дыру. Таким образом, черные дыры могут испускать вещество и излучение, и заметно это будет лишь в случае, дыры с относительно небольшой массой. Мощное гравитационное поле вблизи черной дыры должно рождать пары частица-античастица. Одна из частиц каждой пары поглощается дырой, а вторая испускается наружу.
 |
Звезда, поглощаемая черной дырой, уже потеряла 10% своей массы. Небесный объект получил обозначение SW1644+57. Вспышка была зафиксирована впервые космическим телескопом SWIFT, который предназначен для поиска мощных источников гамма-лучей среди миллиардов звезд. Свет от этой звезды шел до Земли 3,8 млрд лет.
 |
Кандидат в черные дыры Лебедь X-1
Теоретически возможность существования черных дыр следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, а в настоящее время получены подтверждающие это фактические данные. На сегодняшний день теоретическая физика черных дыр достаточно сложна, чтобы считать вопрос окончательно закрытым. Самое главное, что черные дыры невозможно наблюдать непосредственно в телескоп: они невидимы. Остается лишь довольствоваться некоторыми косвенными астрофизическими признаками, указывающими на возможность наличия этих объектов.
Как должно выглядеть падение в чёрную дыру? Тело, свободно падающее под действием сил гравитации дыры, находится в состоянии невесомости. Падающее тело будет испытывать действие приливных сил, растягивающих тело в радиальном направлении и сжимающих - в тангенциальном. Величина этих сил растёт и стремится к бесконечности. В некоторый момент времени тело пересечёт горизонт событий. С точки зрения наблюдателя, падающего вместе с телом, этот момент ничем не выделен, однако возврата теперь нет. Тело оказывается в горловине, сжимающейся столь быстро, что улететь из неё до момента окончательного схлопывания (это и есть сингулярность – бесконечно малая точка, где достигаются бесконечно большие значения плотности и тяготения) уже нельзя, даже двигаясь со скоростью света.
Процесс падения тела в чёрную дыру с точки зрения удалённого наблюдателя будет выглядеть иначе. Вначале удалённый наблюдатель будет видеть, что тело, находясь в процессе свободного падения, постепенно разгоняется под действием сил тяжести по направлению к центру. Когда тело начнёт приближаться к горизонту событий, из-за гравитационного поля и эффекта гравитационного замедления времени будет казаться, что тело — в чрезвычайно сплющенном виде — будет замедляться, приближаясь к горизонту событий и, в конце концов, практически остановится. Длина волны испускаемого телом света будет стремительно расти, так что свет быстро превратится в радиоволны и далее в низкочастотные электромагнитные колебания, зафиксировать которые уже будет невозможно. В итоге удалённый наблюдатель увидит, что свет и объект исчез. Пересечения телом горизонта событий наблюдатель не увидит никогда и в этом смысле падение в чёрную дыру будет длиться бесконечно долго. Однако повлиять на падающее тело удалённый наблюдатель уже не сможет.
Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной. Мы, вероятно, наблюдаем их в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик.
 |
 |
Сверхмассивные черные дыры в центре галактик
По современным представлениям, есть четыре сценария образования чёрной дыры:
- Гравитационный коллапс (катастрофическое сжатие) массивной звезды (красного на конечном этапе её эволюции. Современная теория звездной эволюции и наши знания о звездном населении Галактики указывают, что среди 100 млрд. ее звезд должно быть порядка 100 млн. черных дыр, образовавшихся при коллапсе самых массивных звезд.
- Коллапс центральной части спиральных и эллиптических галактик. Например в центре нашей Галактики находится чёрная дыра Стрелец A, вокруг которой вращается меньшая чёрная дыра.
- Формирование первичных чёрных дыр в момент Большого Взрыва.
- Возникновение микроскопических квантовых чёрных дыр в ядерных реакциях высоких энергий. Время их существования крайне мало.
Астрономы обнаружили относительно малую черную дыру в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, которая излучает в рентгене так же интенсивно, как черные дыры обычных размеров. Это первая галактика, в центре которой найдена маленькая, но очень эффективная сверхмассивная черная дыра. Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. Многие из них сформировались не так давно. Исследователи считают, что, по крайней мере, 15 % всех сверхмассивных черных дыр сформировалось, когда возраст Вселенной составлял половину ее сегодняшнего возраста. И в настоящее время черные дыры продолжают расти. Это противоречит существовавшей до сих пор теории, основанной на связи между размерами черных дыр и содержащих их галактик и предполагающей, что черные дыры сформировались тогда, когда формировались галактики.
Массы сверхмассивных черных дыр, образующихся в результате коллапса газовых облаков, от миллионов до миллиардов раз превышают массы звезд, а их размеры сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. Астрономы полагают, что большинство галактик, включая и нашу собственную, содержат в центре сверхмассивные черные дыры.
 |
 |
1. Сверхмассивная черная дыра, поглощающая звезду, в представлении художника;
2. Коллапсирующая сверхмассивная черная дыра в центре галактики, в представлении художника
Таким образом, черная дыра рассматривается как область в пространстве-времени, в которой бесследно исчезает все, что только попадет внутрь. Вернуться из черной дыры на основании общепринятых законов физики невозможно. Черные дыры — совершенно исключительные объекты, не похожие ни на что, известное до сих пор. Это не тела в обычном смысле слова и не излучение. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле.
Без сомнения, из всех известных человеку космических явлений черная дыра на сегодняшний день является самой разрушительной силой, однако, как ни удивительно, она может оказаться полезной. Довольно популярна теория о том, что черная дыра — это своего рода природное устройство для путешествия в удаленные области Вселенной, что предстоит подтвердить или опровергнуть нашим далеким потомкам.
Это интересно
+2
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Ответы на детские вопросы про "Лунную Афёру"
(1)
kauperwud
,
28.02.2022
-
Космический корабль в несколько километров: все, что известно о новом проекте Китая
(2)
андрей1
,
27.02.2022
-
ЗАГАДКИ "ПАРАДОКСА ФЕРМИ" БОЛЬШЕ НЕТ?
(3)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Марсианские реки
(1)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Семь спорных причин считать, что на Земле существовали цивилизации до людей
(1)
donskarloss@gmail.com
,
24.02.2022
20240503053330