Juodoji skylė yra erdvės reiškinys, kurio proporcijos yra ypač didelės (paprastai didesnės už saulę) ir masės ypač kompaktiškas, todėl gravitacijos laukas yra toks stiprus, kad nėra dalelių ar radiacijos sugeba išlipti.
Kadangi įsiurbiama net šviesa, juodosios skylės buvimą liudija pastebimos gravitacinės pasekmės. jo aplinkoje, ypač dėl netoliese esančių dangaus kūnų orbitos pokyčių, kuriuos pradeda traukti skylė juoda.
Be to, astronomai ir mokslininkai teigia, kad juodąją skylę galima pastebėti dėl jos šviesos spinduliavimo.
Pirmasis juodosios skylės vaizdas
Pirmasis 40 milijardų kilometrų skersmens juodosios skylės vaizdas, esantis „Galaxy M87“, 50 milijonų šviesmečių atstumu nuo Žemės. Nuotrauka: „Horizontinio teleskopo“ renginys.
Pirmasis juodosios skylės vaizdas buvo paskelbtas 2019 m. Balandžio mėn. Konferencijoje Briuselyje. Po 2 metų stebėjimo ir tyrimų jį rado tarptautinis projektas „Event“ Horizonto teleskopas (EHT), vienijantis beveik tuziną radijo teleskopų pasaulyje, nuo Europos iki Lenkijos Pietūs.
Paveikslėlyje vienintelė matoma juodosios skylės dalis yra auksinis apskritimas, kurį vadina astronomai "įvykio horizontas " (įvykio horizontas portugalų k.) arba „negrįžimo taškas“.
Įvykio horizonto centre yra neapskaičiuojamas masės tankis, vadinamas singuliarumu. Šio taško sunkumas yra toks stiprus, kad jokie aplinkiniai daiktai negali pabėgti.
Teoriškai tik kažkas, kas juda greičiau nei šviesos greitis, galėjo atsispirti juodosios skylės gravitaciniam laukui. Dėl šios priežasties negalima tiksliai žinoti, kas nutinka susiurbtam reikalui.
Kaip susidaro juodoji skylė?
Juodosios skylės susidaro iš dangaus kūnų gravitacinių griūčių. Šie reiškiniai atsiranda, kai kūno (dažniausiai žvaigždžių) vidinio slėgio nepakanka išlaikyti savo masę. Taigi, kai žvaigždės šerdis sugriūva dėl gravitacijos, dangaus kūnas sprogsta išskirdamas didžiulius energijos kiekius įvykyje, vadinamame supernova.
Reprezentatyvus supernovos vaizdas.
Per supernovą per sekundės dalį visa žvaigždės masė, kai ji pereina į maždaug 1/4 šviesos greičio (iš tikrųjų būtent šiuo metu yra sunkiausi visatos elementai sukurta).
Tada sprogimas sukels a neutronų žvaigždė arba, jei žvaigždė yra pakankamai didelė, susidarys juodoji skylė, kurios astronominis koncentruotos masės kiekis sukuria minėtą gravitacijos lauką. Joje pabėgimo greitis (greitis, reikalingas tam tikrai dalelei ar spinduliuotei atsispirti traukai) turi būti bent jau didesnis už šviesos greitį.
Kokia yra juodoji skylė?
Juodosios skylės būna skirtingų dydžių. Mažiausios mokslui žinomos vadinamos pirmosiomis juodosiomis skylėmis ir manoma, kad jos yra atomo dydžio, bet jų bendra kalno masė.
Vidutinės juodosios skylės (kurių masė yra 20 kartų didesnė už bendrą saulės masę) vadinamos žvaigždėmis. Šioje kategorijoje mažiausia atrasta juodoji skylė yra 3,8 karto didesnė už saulės masę.
Didžiausios kataloguotos juodosios skylės vadinamos supermasyvomis, dažnai sutinkamomis galaktikų centre. Pavyzdžiui, Paukščių Tako centre yra Šaulys A, juodoji skylė, kurios masė prilygsta 4 milijonams kartų viršijančiai saulės masę.
Iki šiol didžiausia žinoma juodoji skylė vadinama S50014 + 81, kurios masė yra keturiasdešimt milijardų kartų didesnė už saulės masę.
Juodųjų skylių tipai
Vokiečių teorinis fizikas Albertas Einšteinas suformavo su gravitacija susijusių hipotezių rinkinį, kuris buvo šiuolaikinės fizikos atsiradimo pagrindas. Šis idėjų rinkinys buvo pavadintas Bendroji reliatyvumo teorija, kuriame mokslininkas padarė keletą novatoriškų pastebėjimų apie juodųjų skylių gravitacinį poveikį.
Einšteinui juodosios skylės yra „erdvės ir laiko deformacijos, kurias sukelia didžiulis koncentruotų medžiagų kiekis“. Jo teorijos skatino greitą pažangą šioje srityje ir leido klasifikuoti įvairius juodųjų skylių tipus:
Schwarzschild juoda skylė
Schwarzschild juodosios skylės yra tos, kurios neturi elektrinio krūvio, taip pat neturi kampinio impulso, tai yra, nesisuka aplink savo ašį.
Kerro juodoji skylė
Kerro juodosios skylės neturi elektros krūvio, tačiau sukasi aplink savo ašį.
„Reissner-Nordstrom“ juodoji skylė
„Reissner-Nordstrom“ juodosios skylės turi elektrinį krūvį, tačiau nesisuka aplink savo ašį.
Kerr-Newman juoda skylė
Kerro-Newmano juodosios skylės neša elektrinį krūvį ir sukasi aplink savo ašį.
Teoriškai visos juodosios skylės ilgainiui tampa Schwarzschild (statinėmis ir nekrautomis) juodosiomis skylėmis, kai praranda pakankamai energijos ir nustoja suktis. Šis reiškinys yra žinomas kaip Penrose'o procesas. Tokiais atvejais vienintelis būdas atskirti vieną Schwarzschild juodąją skylę nuo kitos yra matuoti jos masę.
Juodosios skylės struktūra
Juodųjų skylių nematyti, nes jų gravitacijos lauko neišvengsi net šviesa. Taigi, juodoji skylė yra tamsaus paviršiaus išvaizda, iš kurios nieko neatsispindi ir nėra įrodymų, kas nutiks į ją įsiurbtais elementais. Tačiau, pradėdamas nuo poveikio, kurį jie sukelia aplinkoje, stebėjimo, mokslas struktūrizuoja juodąsias skyles į įvykių horizontą, singuliarumą ir ergosferą.
Įvykio horizontas
Juodosios skylės gravitacinio lauko riba, nuo kurios nieko nepastebima, vadinama įvykių horizontu arba taškas be sugrįžimo.
NASA pateiktas grafinis įvykių horizonto vaizdas, kuriame stebima tobula sfera, iš kurios neišskiriama šviesa.
Nepaisant to, kad tai iš tikrųjų yra tik gravitacinės pasekmės, įvykių horizontas laikomas juodosios skylės struktūros dalimi, nes tai yra stebimo reiškinio ploto pradžia.
Žinoma, kad jo forma yra visiškai sferinė statinėse juodosiose skylėse ir pasvirusi besisukančiose juodosiose skylėse.
Nes gravitacinio laiko išsiplėtimas, juodosios skylės masės daroma įtaka erdvės ir laiko atžvilgiu, įvykių horizontas, net ir už jo ribų, turi šiuos padarinius:
- Tolimam stebėtojui laikrodis šalia įvykio horizonto judėjo lėčiau nei toliau. Taigi bet koks į juodąją skylę įsiurbtas objektas, atrodo, lėtėja, kol atrodo, kad jis laiku bus paralyžiuotas.
- Tolimam stebėtojui objektas, artėjantis įvykio horizontui, įgautų rausvą atspalvį, kuris yra fizinis reiškinys, žinomas kaip raudonas poslinkis, nes skylės gravitacinis laukas sumažina šviesos dažnį juoda.
- Objekto požiūriu, laikas visoje visatoje bėgtų pagreitintu greičiu, o jums laikas - įprastai.
Singuliarumas
Juodosios skylės centras, kuriame žvaigždės masė tapo be galo susikaupusi, vadinamas singuliarumu, apie kurį mažai žinoma. Teoriškai singuliarume yra visa sugriuvusios žvaigždės masė, pridėjus visų gravitacinio lauko įsiurbtų kūnų masę, tačiau ji neturi tūrio ar paviršiaus.
Ergosfera
Ergosfera yra zona, apgaubianti įvykių horizontą besisukančiomis juodosiomis skylėmis, kuriose dangaus kūnas neįmanoma išlikti nejudantis.
Taip pat pagal Einšteino reliatyvumą bet kuris besisukantis objektas linkęs artėti erdvėlaikiui prie jo. Besisukančioje juodojoje skylėje šis efektas yra toks stiprus, kad dangaus kūnas reikalautų judėti priešinga kryptimi didesniu nei šviesos greitis, kad liktų nejudantis.
Svarbu nesupainioti ergosferos efektų su įvykių horizonto efektais. Ergosfera netraukia objektų gravitaciniu lauku. Taigi, viskas, kas su juo liečiasi, bus išstumta tik erdvėlaikyje ir bus pritraukta tik tada, kai ji kirs įvykio horizontą.
Stepheno Hawkingo juodųjų skylių teorijos
Stephenas Hawkingas buvo vienas įtakingiausių XX ir XXI amžiaus fizikų ir kosmologų. Tarp daugybės savo indėlių Hawkingas išsprendė keletą Einšteino pasiūlytų teoremų prisidėjo prie teorijos, kad visata prasidėjo singuliarumu, dar labiau sustiprindama skambutis Didžiojo sprogimo teorija.
Hawkingas taip pat manė, kad juodosios skylės nėra visiškai juodos, bet išskiria nedidelį kiekį šiluminės spinduliuotės. Šis poveikis fizikoje buvo žinomas kaip Vanaginė spinduliuotė. Ši teorija prognozuoja, kad juodosios skylės praradę masę, skleisdamos spinduliuotę, labai lėtai vykstant mažėtų, kol jos išnyks.
Taip pat žiūrėkite:
- Reliatyvumo teorija
- Gravitacija
- Didysis sprogimas
