Черната дупка е пространствено явление с изключително големи пропорции (обикновено по-голямо от слънцето) и с маса изключително компактен, което води до гравитационно поле, толкова силно, че няма частици или радиация успява да се измъкне.
Тъй като дори светлината е засмукана, наличието на черна дупка се доказва от видими гравитационни последици. в околностите му, особено от промяната на орбитата на близките небесни тела, които започват да се привличат към дупката черен.
Освен това астрономите и учените твърдят, че черна дупка може да се наблюдава поради нейното излъчване на светлина.
Първо изображение на черна дупка
Първо изображение на черна дупка с диаметър 40 милиарда километра, разположена в галактика M87, на 50 милиона светлинни години от Земята. Снимка: Събитие с телескоп „Хоризонт“.
Първото изображение на черна дупка бе пуснато през април 2019 г. на конференция в Брюксел. Той бе открит, след 2 години наблюдение и изследвания, от международния проект, наречен Event Horizon Telescope (EHT), който обединява близо дузина радиотелескопи в света, от Европа до полюса На юг.
На изображението единствената видима част от черната дупка е златният кръг, наречен от астрономите "хоризонт на събитията " (хоризонт на събитията на португалски) или „точка без връщане“.
В центъра на хоризонта на събитията има неизмерима плътност на масата, наречена сингулярност. Гравитацията на тази точка е толкова силна, че никакви околни предмети не могат да избягат.
На теория само нещо, което се движи по-бързо от скоростта на светлината, може да устои на гравитационното поле на черна дупка. Поради тази причина не е възможно да се знае със сигурност какво се случва с всмуканата материя.
Как се образува черна дупка?
Черните дупки се образуват от гравитационни колапси на небесни тела. Тези явления възникват, когато вътрешното налягане на тялото (обикновено звездите) е недостатъчно, за да поддържа собствената си маса. Така че, когато ядрото на звездата се срути поради гравитацията, небесното тяло експлодира, освобождавайки огромни количества енергия в събитие, известно като супернова.
Представителен образ на свръхнова.
По време на свръхнова, за части от секундата, цялата маса на звездата се компресира в ядрото си, докато се движи към приблизително 1/4 от скоростта на светлината (всъщност точно в този момент са най-тежките елементи във Вселената създаден).
Тогава експлозията ще доведе до неутронна звезда или, ако звездата е достатъчно голяма, резултатът ще бъде образуването на черна дупка, чието астрономично количество концентрирана маса създава гореспоменатото гравитационно поле. При него скоростта на бягство (скоростта, необходима на някои частици или радиация, за да устои на привличането) трябва да бъде поне по-голяма от скоростта на светлината.
Колко голяма е черната дупка?
Черните дупки се предлагат в различни размери. Най-малките, известни на науката, се наричат първични черни дупки и се смята, че са с размер на атом, но с общата маса на планината.
Средните черни дупки (чиято маса е до 20 пъти по-голяма от общата маса на слънцето) се наричат звездни. В тази категория най-малката открита черна дупка е 3,8 пъти по-голяма от слънчевата маса.
Най-големите каталогизирани черни дупки се наричат супермасиви, често срещани в центъра на галактиките. Като пример, в центъра на Млечния път е Стрелец А, черна дупка с маса, еквивалентна на 4 милиона пъти масата на слънцето.
Досега най-голямата известна черна дупка се нарича S50014 + 81, чиято маса е четиридесет милиарда пъти масата на слънцето.
Видове черни дупки
Немският физик-теоретик Алберт Айнщайн формулира набор от хипотези, свързани с гравитацията, които послужиха като основа за появата на съвременната физика. Този набор от идеи беше наречен Обща теория на относителността, в която ученият направи няколко новаторски наблюдения за гравитационните ефекти на черните дупки.
За Айнщайн черните дупки са „деформации в пространството-време, причинени от огромното количество концентрирана материя“. Неговите теории насърчават бързия напредък в областта и позволяват класифицирането на различни видове черни дупки:
Черната дупка на Шварцшилд
Черните дупки на Шварцшилд са тези, които нямат електрически заряд и освен това нямат ъглова инерция, тоест не се въртят около оста си.
Черна дупка на Кер
Черните дупки на Kerr нямат електрически заряд, но се въртят около оста си.
Reissner-Nordstrom черна дупка
Черните дупки на Reissner-Nordstrom носят електрически заряд, но не се въртят около оста си.
Кер-Нюман Черна дупка
Черните дупки на Kerr-Newman носят електрически заряд и се въртят около оста си.
На теория всички видове черни дупки в крайна сметка се превръщат в черни дупки на Шварцшилд (статични и незаредени), когато загубят достатъчно енергия и спрат да се въртят. Това явление е известно като Процесът на Пенроуз. В такива случаи единственият начин да се разграничи една черна дупка на Шварцшилд от друга е чрез измерване на нейната маса.
Структура на черна дупка
Черните дупки са невидими, тъй като гравитационното им поле е неизбежно дори за светлина. Така черна дупка има вид на тъмна повърхност, от която нищо не се отразява и няма доказателства за това какво се случва с елементите, които са всмукани в нея. Въпреки това, като се започне от наблюдението на ефектите, които те предизвикват в тяхната обстановка, науката структурира черните дупки в хоризонта на събитията, сингулярността и ергосферата.
Хоризонт на събитията
Границата на гравитационното поле на черната дупка, от която не се наблюдава нищо, се нарича хоризонт на събитията или точка от която няма връщане.
Графично представяне на хоризонт на събитията, предоставен от НАСА, в който се наблюдава перфектна сфера, от която не се излъчва светлина.
Въпреки че всъщност е само гравитационни последици, хоризонтът на събитията се счита за част от структурата на черна дупка, защото е началото на наблюдаваната област на явлението.
Известно е, че формата му е идеално сферична при статични черни дупки и наклонена при въртящи се черни дупки.
Защото гравитационно разширение на времето, влиянието, което масата на черната дупка оказва върху пространство-времето, кара хоризонта на събитията, дори извън обхвата му, да има следните ефекти:
- За един далечен наблюдател, часовник в близост до хоризонта на събитията ще се движи по-бавно от един по-далеч. По този начин всеки обект, засмукан в черната дупка, изглежда ще се забави, докато изглежда парализиран във времето.
- За отдалечен наблюдател обектът, приближаващ се до хоризонта на събитията, би приел червеникав оттенък, следствие от физическо явление, известно като червено изместване, тъй като честотата на светлината се намалява от гравитационното поле на дупката черен.
- От гледна точка на обекта, времето ще минава с ускорена скорост за цялата Вселена, докато за вас времето ще минава нормално.
Сингулярност
Централната точка на черна дупка, където масата на звездата е станала безкрайно концентрирана, се нарича сингулярност, за която се знае малко. На теория сингулярността съдържа общата маса на срутената звезда, плюс масата на всички тела, засмукани от гравитационното поле, но тя няма обем или повърхност.
Ергосфера
Ергосферата е зона, която заобикаля хоризонта на събитията във въртящи се черни дупки, в която е невъзможно небесно тяло да остане неподвижно.
Също така според относителността на Айнщайн всеки въртящ се обект има тенденция да влачи пространството-време близо до себе си. При въртяща се черна дупка този ефект е толкова силен, че ще изисква небесно тяло да се движи в обратна посока със скорост, по-голяма от скоростта на светлината, за да остане неподвижно.
Важно е да не се бъркат ефектите на ергосферата с ефектите от хоризонта. Ергосферата не привлича обекти с гравитационното поле. По този начин всичко, което влезе в контакт с него, ще бъде изместено само в пространството-време и ще бъде привлечено само ако пресече хоризонта на събитията.
Теориите за черните дупки на Стивън Хокинг
Стивън Хокинг е един от най-влиятелните физици и космолози на 20 и 21 век. Сред многобройните си приноси Хокинг решава няколко теореми, предложени от Айнщайн, които допринесе за теорията, че Вселената е започнала в сингулярност, допълнително засилвайки обади се Теория за Големия взрив.
Хокинг също вярва, че черните дупки не са напълно черни, а излъчват малки количества топлинна радиация. Този ефект е известен във физиката като Радиация на Хокинг. Тази теория прогнозира, че черните дупки ще загубят маса с освободеното лъчение и в изключително бавен процес ще се свият, докато не изчезнат.
Вижте също:
- Теория на относителността
- Земно притегляне
- голям взрив
