Universul fără limite este plin de secrete, ghicitori și paradoxuri. În ciuda faptului că știința modernă a făcut un salt imens în explorarea spațiului, multe în această lume vastă rămân incomprehensibile pentru percepția umană asupra lumii. Știm multe despre stele, nebuloase, clustere și planete. Cu toate acestea, în vasta universului există asemenea obiecte, a căror existență putem ghici. De exemplu, știm foarte puține despre găurile negre. Informațiile de bază și cunoștințele despre natura găurilor negre sunt construite pe ipoteze și presupuneri. Astrofiziciștii, oamenii de știință nucleari se luptă cu această problemă pentru mai mult de o duzină de ani. Ce este o gaură neagră în spațiu? Care este natura acestor obiecte?
Vorbind despre găurile negre în limbaj simplu
Să ne imaginăm cum arată o gaură neagră, este suficient să vedem coada trenului care intră în tunel. Lămpile de semnalizare de pe ultima mașină pe măsură ce trenul se îndreaptă mai adânc în tunel vor scădea în mărime până când vor dispărea complet din vedere. Cu alte cuvinte, acestea sunt obiecte în care, datorită atracției monstruoase, chiar dispare lumina. Particulele elementare, electronii, protonii și fotonii nu reușesc să depășească bariera invizibilă, cad în abisul negru al inexistenței, astfel încât o astfel de gaură în spațiu era numită negru. Nu există nici cea mai mică zonă de lumină din interior, o negru solidă și infinit. Ceea ce este pe cealaltă parte a găurii negre este necunoscut.
Acest aspirator spațial are o gravitate enormă și este capabil să absoarbă o întreagă galaxie cu toate clusterele și superclusterile stelelor, cu nebuloase și cu materia întunecată, pentru a fi înfășurate. Cum este posibil acest lucru? Rămâne doar să ghicești. Legile fizicii care ne sunt cunoscute în acest caz se desprind de cusătură și nu oferă o explicație pentru procesele care au loc. Esența paradoxului este că în această parte a Universului interacțiunea gravitațională a corpurilor este determinată de masa lor. Procesul de absorbție de către un obiect al celuilalt nu este afectat de compoziția lor calitativă și cantitativă. Particulele, atingând o cantitate critică într-o anumită zonă, intră într-un alt nivel de interacțiune, unde forțele gravitaționale devin forțe de atracție. Corpul, obiectul, substanța sau materia sub influența gravitației începe să se micșoreze, atingând o densitate enormă.
Aproximativ astfel de procese apar în timpul formării unei stele neutronice, în care materia stelară sub influența gravitației interne este comprimată în volum. Electronii liberi se combină cu protonii pentru a forma particule neutre din punct de vedere electric - neutronii. Densitatea acestei substanțe este uriașă. O particulă de materie de dimensiunea unei bucăți de zahăr rafinat are o greutate de miliarde de tone. Aici este necesar să reamintim teoria generală a relativității, unde spațiul și timpul sunt cantități continue. În consecință, procesul de comprimare nu poate fi oprit la jumătate și, prin urmare, nu are nicio limită.
Potențial, o gaură neagră arata ca o gaură în care poate exista o tranziție de la un segment de spațiu la altul. În același timp, proprietățile spațiului și timpului în sine se schimbă, răsucite într-o pâlnie spațio-temporală. Ajunși la fundul acestei pâlnii, orice problemă se încadrează în cuantele. Ce este de cealaltă parte a găurii negre, această gaură gigantică? Poate că există un alt spațiu în care se aplică alte legi și timpul curge în direcția opusă.
În contextul teoriei relativității, teoria unei găuri negre este după cum urmează. Punctul de spațiu, unde forțele gravitaționale au strâns orice dimensiune la dimensiunea microscopică, are o forță extraordinară de atracție, a cărei mărime crește până la infinit. Apare o pauză de timp, iar spațiul este îndoit, închizând la un moment dat. Obiectele absorbite de o gaură neagră nu sunt capabile să reziste forței acestui aspirator monstruos. Chiar și viteza luminii, care posedă cuantele, nu permite particulelor elementare să depășească forța de atracție. Orice organism care a ajuns într-un astfel de punct încetează să mai fie un obiect material, care se îmbină cu bubble spațiu-timp.
Găurile negre din știință
Dacă întrebi, cum se formează găurile negre? Răspunsul decisiv nu va fi. Există o mulțime de paradoxuri și contradicții în univers care nu pot fi explicate din punct de vedere științific. Teoria relativității lui Einstein permite doar să explice teoretic natura acestor obiecte, dar în acest caz mecanica cuantică și fizica sunt tăcute.
Încercând să explice procesele care au loc prin legile fizicii, imaginea va arăta astfel. Obiectul se formează ca urmare a contracției gravitaționale colosale a unui corp cosmic masiv sau supermasiv. Acest proces are un nume științific - colaps gravitațional. Termenul "gaură neagră" a fost inițial sondat în comunitatea științifică în 1968, când astronomul american și fizicianul John Wheeler au încercat să explice starea de colaps stelar. Potrivit teoriei sale, în locul unei stele masive supuse unei colapse gravitaționale, apare o eșec spațial și temporal, în care acționează constant compresiune în creștere. Tot ce a fost făcută de steaua intră în sine.
Această explicație ne permite să concluzionăm că natura găurilor negre nu este în niciun fel legată de procesele care se produc în Univers. Tot ceea ce se întâmplă în interiorul acestui obiect nu reflectă în nici un fel spațiul din jur cu un singur "DAR". Forța gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât îndoaie spațiul, forțând galaxiile să se rotească în jurul găurilor negre. În consecință, devine clar motivul pentru care galaxiile au forma spiralelor. Cât va dura pentru ca galaxia Calea Lactee imensă să dispară în abisul unei găuri negre supermassive este necunoscută. Un fapt curios este că găurile negre pot apărea în orice punct din spațiul cosmic, unde sunt create condiții ideale pentru acest lucru. O astfel de perioadă de timp și spațiu elimină vitezele enorme cu care stelele se rotesc și se mișcă în spațiul galaxiei. Timpul într-o gaură neagră curge într-o altă dimensiune. În acest domeniu, nici o lege a gravitației nu poate fi interpretată din punct de vedere fizic. Această stare este numită singularitatea găurii negre.
Găurile negre nu prezintă semne externe de identificare, existența lor putând fi judecată de comportamentul altor obiecte spațiale afectate de câmpurile gravitaționale. Întreaga imagine a luptei pentru viață și moarte are loc la granița unei găuri negre, care este acoperită de o membrană. Această suprafață imaginară a pâlniei se numește "orizontul evenimentului". Tot ceea ce vedem la această graniță este tangibil și material.
Scenarii din Hole Negre
Dezvoltând teoria lui John Wheeler, putem concluziona că secretul găurilor negre este mai probabil nu în procesul de formare. Formarea unei găuri negre rezultă din prăbușirea unei stele neutronice. În plus, masa unui astfel de obiect trebuie să depășească masa Soarelui de trei sau mai multe ori. Steaua neutronului se micșorează până când propria lumină nu mai este capabilă să se desprindă de îmbrățișarea strânsă a gravitației. Există o limită de margine la care o stea se poate micșora, dând naștere unei găuri negre. Această rază se numește raza gravitațională. Satele masive în stadiul final al dezvoltării lor ar trebui să aibă o rază gravitațională de câțiva kilometri.
Astăzi, oamenii de știință au obținut dovezi indirecte despre prezența găurilor negre într-o duzină de stele binare cu raze X. Steaua cu raze X, un pulsar sau un burster nu au o suprafață solidă. În plus, masa lor este mai mare decât masa celor trei Soare. Starea actuală a spațiului cosmic din constelația Cygnus - steaua cu raze X Cygnus X-1, face posibilă urmărirea formării acestor obiecte curioase.
Pe baza cercetărilor și presupunerilor teoretice, astăzi în știință există patru scenarii pentru formarea stelelor negre:
- colapsul gravitațional al unei stele masive în stadiul final al evoluției sale;
- prăbușirea regiunii centrale a galaxiei;
- formarea găurilor negre în procesul Big Bang;
- formarea găurilor negre cuantice.
Primul scenariu este cel mai realist, dar numărul de stele negre cu care suntem familiari astăzi depășește numărul de stele neutronice cunoscute. Și vârsta Universului nu este atât de mare încât atât de multe stele masive ar putea trece prin întregul proces de evoluție.
Cel de-al doilea scenariu are dreptul la viață și există un exemplu viu - gaura neagră supermassivă Sagetator A *, amplasată în centrul galaxiei noastre. Masa acestui obiect este 3.7 masa soarelui. Mecanismul acestui scenariu este similar cu scenariul unui colaps gravitațional cu singura diferență că un gaz interstelar, mai degrabă decât o stea, este supus prăbușirii. Sub influența forțelor gravitaționale, gazul este comprimat la o masă și o densitate critică. În momentul critic, materia se dezintegrează în canale, formând o gaură neagră. Cu toate acestea, această teorie este îndoielnică, deoarece recent astronomii de la Universitatea Columbia au identificat sateliții cu gaură neagră Sateliți A *. S-au dovedit a fi o mulțime de găuri negre mici, care probabil au fost formate într-un alt mod.
Al treilea scenariu este mai teoretic și este asociat cu existența teoriei Big Bang. La momentul formării universului, o parte din materie și câmpurile gravitaționale au suferit fluctuații. Cu alte cuvinte, procesele au mers într-un alt mod, fără a fi legate de procesele cunoscute de mecanică cuantică și fizică nucleară.
Ultimul scenariu este focalizat pe fizica unei explozii nucleare. În cheagurile de materie în procesul reacțiilor nucleare sub influența forțelor gravitaționale apare o explozie, în locul căreia se formează o gaură neagră. Materia explodează spre interior, absorbind toate particulele.
Existența și evoluția găurilor negre
Având o idee aproximativă despre natura unor astfel de obiecte spațioase ciudate, altceva este interesant. Care sunt dimensiunile adevărate ale găurilor negre, cât de repede cresc? Dimensiunile găurilor negre sunt determinate de raza lor gravitațională. Pentru găurile negre, raza găurii negre este determinată de masa sa și se numește raza Schwarzschild. De exemplu, dacă un obiect are o masă egală cu masa planetei noastre, atunci raza Schwarzschild este în acest caz de 9 mm. Corpul nostru principal are o rază de 3 km. Densitatea medie a unei găuri negre formate în locul unei stele cu o masă de 10 din masa Soarelui va fi aproape de densitatea apei. Raza educației va fi de 300 de milioane de kilometri.
Este probabil ca asemenea găuri negre uriașe să fie situate în centrul galaxiilor. Până în prezent, sunt cunoscute 50 de galaxii, în centrul cărora se găsesc puțuri uriașe temporare și spațiale. Masa acestor giganți este miliarde de mase ale Soarelui. Ne putem imagina doar ce forță de atracție colosală și monstruoasă are o astfel de gaură.
În ceea ce privește găurile mici, acestea sunt mini-obiecte a căror rază atinge valori nesemnificative, de numai 10 ² cm. Masa unei astfel de miez este de 10 gr. Astfel de formațiuni au apărut în timpul Big Bang-ului, dar cu timpul au crescut în dimensiune și astăzi se răsfrâng în spațiul cosmic ca monștri. Condițiile în care a avut loc formarea găurilor negre mici, oamenii de știință de astăzi încearcă să se recreeze în condiții terestre. În aceste scopuri, experimentele se desfășoară în colizoare electronice, prin care particulele elementare sunt accelerate la viteza luminii. Primele experimente au permis obținerea în condiții de laborator a unei materii plasmatice de quark-gluon, care a existat la începutul formării Universului. Astfel de experimente sugerează că o gaură neagră de pe Pământ este o chestiune de timp. Un alt lucru este dacă o astfel de realizare a științei umane se va transforma într-o catastrofă pentru noi și pentru planeta noastră. Creând o gaură neagră artificial, putem deschide cutia lui Pandora.
Observațiile recente ale altor galaxii au permis oamenilor de știință să descopere găuri negre, mărimea cărora depășește toate așteptările imaginabile și ipotezele. Evoluția care apare cu astfel de obiecte ne permite să înțelegem mai bine cum crește masa găurilor negre, care este limita reală. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că toate găurile negre cunoscute au crescut la dimensiunea lor reală în 13-14 miliarde de ani. Diferența de dimensiune se datorează densității spațiului înconjurător. Dacă o gaură neagră are suficientă hrană la îndemâna gravitației, ea crește ca drojdie, ajungând la o masă de sute și mii de mase solare. Prin urmare, dimensiunile gigantice ale unor astfel de obiecte aflate în centrul galaxiilor. Un grup masiv de stele, mase uriașe de gaz interstelar sunt mâncare abundentă pentru creștere. Când galaxiile se îmbină, găurile negre se pot uni, formând un nou obiect supermaziv.
Judecând după analiza proceselor evolutive, este obișnuit să distingem două clase de găuri negre:
- obiecte cu o masă de 10 ori masa solară;
- obiecte masive, a căror masă este sute de mii, miliarde de mase solare.
Există găuri negre cu o medie intermediară de 100-10 mii de ori mai mare decât masa Soarelui, însă natura lor este încă necunoscută. Există aproximativ un astfel de obiect pe galaxie. Studiul stelelor cu raze X a permis găsirea a două găuri negre de dimensiuni medii, la o distanță de 12 milioane de ani-lumină în galaxia M82. Masa unui obiect variază în intervalul 200-800 de mase solare. Un alt obiect este mult mai mare și are o masă de 10-40 mii de mase solare. Soarta acestor obiecte este interesantă. Ele sunt situate în apropierea grupurilor de stele, treptat atrăgându-se într-o gaură neagră supermassivă situată în partea centrală a galaxiei.
Planeta noastră și găurile negre
În ciuda căutării unui indiciu despre natura găurilor negre, lumea științifică este preocupată de locul și rolul gaurii negre în soarta galaxiei Calea Lactee și, în special, în soarta planetei Pământ. Momentul și spațiul care există în centrul Calei Lactee absoarbe treptat toate obiectele existente în jur. Milioane de stele și trilioane de tone de gaz interstelar au fost deja absorbite în gaura neagră. În timp, linia va ajunge în brațele lui Cygnus și Sagetator, în care se află sistemul Solar, care a parcurs o distanță de 27 mii de ani lumină.
O altă gaură neagră supermassivă din apropiere este situată în partea centrală a galaxiei Andromeda. Este la aproximativ 2,5 milioane de ani lumină distanță de noi. Probabil, până când obiectul nostru Sagetatorul A * își înghită galaxia proprie, ar trebui să ne așteptăm la îmbinarea a două galaxii vecine. În consecință, va avea loc fuziunea a două găuri negre supermassive într-o singură dimensiune, teribilă și monstruoasă.
Un lucru complet diferit - găurile negre mici. Pentru a absorbi planeta Pământ este o gaură neagră cu o rază de câțiva centimetri. Problema este că, prin natura, o gaură neagră este un obiect complet fără chip. Nici o radiație sau radiații nu emană din pântecele ei, deci este destul de greu să observi un astfel de obiect misterios. Numai la o distanță apropiată putem detecta o curbură a luminii de fundal, ceea ce indică faptul că există o gaură în spațiu în această regiune a Universului.
Până în prezent, oamenii de știință au descoperit că gaura neagră cea mai apropiată de Pământ este obiectul V616 Monocerotis. Monstrul se află la 3000 de ani-lumină de la sistemul nostru. În dimensiune, aceasta este o formare mare, masa fiind de 9-13 mase solare. Un alt obiect apropiat care amenință lumea noastră este gaura neagră Gygnus X-1. Cu acest monstru suntem separați de o distanță de 6000 de ani-lumină. Găurile negre detectate în cartierul nostru fac parte din sistemul binar, adică există în imediata apropiere a stelei care alimentează obiectul insatibil.
concluzie
Existența în spațiu a obiectelor misterioase și misterioase ca găurile negre, desigur, ne obligă să fim pe paznic. Cu toate acestea, tot ceea ce se întâmplă cu găurile negre se întâmplă destul de rar, dacă luăm în considerare vârsta Universului și distanțe uriașe. Timp de 4,5 miliarde de ani, Sistemul Solar se află într-o stare de odihnă, existentă în conformitate cu legile cunoscute. În acest timp, nu a apărut nimic de acest fel, nici spațiul nu a fost distorsionat, nici pliurile de timp din apropierea sistemului solar. Probabil că nu există condiții adecvate pentru acest lucru. Partea din Calea Lactee, în care se află sistemul de stele al Soarelui, este o parte calmă și stabilă a spațiului.
Oamenii de știință își asumă ideea că apariția găurilor negre nu este accidentală. Astfel de obiecte efectuează în Univers un rol de ordonatori care distrug excesul de corpuri cosmice. În ceea ce privește soarta monștrilor înșiși, evoluția lor nu este încă pe deplin înțeleasă. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
