Melnais caurums ir telpiska parādība ar ārkārtīgi lielu proporciju (parasti lielāka par sauli) un ar masu ļoti kompakts, kā rezultātā gravitācijas lauks ir tik spēcīgs, ka tajā nav daļiņu vai starojuma izdodas izkļūt.
Tā kā tiek iesūkta pat gaisma, melnā cauruma klātbūtni pierāda novērojamas gravitācijas sekas. tās apkārtnē, īpaši ar tuvumā esošo debess ķermeņu orbītas izmaiņām, kuras sāk piesaistīt bedre melns.
Turklāt astronomi un zinātnieki apgalvo, ka melno caurumu var novērot tā gaismas izstarojuma dēļ.
Pirmais melnās cauruma attēls
Pirmais 40 miljardu kilometru diametra melnās cauruma attēls, kas atrodas Galaxy M87, 50 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes. Foto: horizontālā teleskopa pasākums.
Pirmais melnās cauruma attēls tika izlaists 2019. gada aprīlī konferencē Briselē. Pēc 2 gadu novērojumiem un pētījumiem to atrada starptautiskais projekts ar nosaukumu Event Horizon Teleskops (EHT), kas apvieno gandrīz duci radioteleskopu pasaulē, sākot no Eiropas līdz Polam Uz dienvidiem.
Attēlā vienīgā redzamā melnās cauruma daļa ir zelta aplis, ko sauc astronomi "
notikuma horizonts " (notikumu horizonts portugāļu valodā) vai "neatgriešanās punkts".Notikuma horizonta centrā ir neaprēķināms masas blīvums, ko sauc par singularitāti. Šī punkta smagums ir tik spēcīgs, ka neviens apkārtējais objekts nevar aizbēgt.
Teorētiski tikai tas, kas pārvietojas ātrāk par gaismas ātrumu, varēja pretoties melnā cauruma gravitācijas laukam. Šī iemesla dēļ nav iespējams precīzi zināt, kas notiek ar iesūkto lietu.
Kā veidojas melnais caurums?
Melnie caurumi veidojas no debess ķermeņu gravitācijas sabrukumiem. Šīs parādības rodas, ja ķermeņa (parasti zvaigžņu) iekšējais spiediens ir nepietiekams, lai uzturētu savu masu. Tātad, kad zvaigznes kodols sabrūk gravitācijas dēļ, debess ķermenis eksplodē, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu notikumā, kas pazīstams kā supernova.
Supernovas reprezentatīvs attēls.
Supernovas laikā sekundes daļas laikā visa zvaigznes masa tiek saspiesta tās kodolā, pārvietojoties uz aptuveni 1/4 gaismas ātruma (patiesībā tieši šajā brīdī Visumā ir vissmagākie elementi izveidots).
Tad sprādziens radīs a neitronu zvaigzne vai, ja zvaigzne ir pietiekami liela, rezultāts būs melnā cauruma veidošanās, kuras astronomiskais koncentrētās masas daudzums rada iepriekš minēto gravitācijas lauku. Tajā evakuācijas ātrumam (ātrumam, kas vajadzīgs, lai kāda daļiņa vai starojums pretotos pievilcībai) jābūt vismaz lielākam par gaismas ātrumu.
Cik liela ir melnā caurums?
Melnie caurumi ir dažāda lieluma. Mazākos zinātnei zināmos sauc par pirmatnējiem melnajiem caurumiem, un tiek uzskatīts, ka tie ir atoma izmēri, bet ar kopējo kalna masu.
Vidējos melnos caurumus (kuru masa ir līdz 20 reizēm lielāka par kopējo saules masu) sauc par zvaigznēm. Šajā kategorijā mazākais atklātais melnais caurums ir 3,8 reizes lielāks par Saules masu.
Lielākos katalogētos melnos caurumus sauc par supermasīviem, kurus bieži atrod galaktiku centrā. Piemēram, Piena ceļa centrā ir Strēlnieks A, melnā caurums, kura masa ir 4 miljoni reižu lielāka par saules masu.
Līdz šim lielāko zināmo melno caurumu sauc par S50014 + 81, kura masa ir četrdesmit miljardi reižu lielāka par saules masu.
Melno caurumu veidi
Vācu teorētiskais fiziķis Alberts Einšteins formulēja ar gravitāciju saistītu hipotēžu kopumu, kas kalpoja par pamatu mūsdienu fizikas parādīšanās. Šis ideju kopums tika nosaukts Vispārējā relativitātes teorija, kurā zinātnieks veica vairākus revolucionārus novērojumus par melno caurumu gravitācijas efektiem.
Einšteinam melnās bedrītes ir “laiktelpas deformācijas, ko rada milzīgs koncentrētas vielas daudzums”. Viņa teorijas veicināja strauju progresu šajā jomā un ļāva klasificēt dažāda veida melnos caurumus:
Schwarzschild melnā caurums
Schwarzschild melnie caurumi ir tie, kuriem nav elektriskā lādiņa, kā arī tiem nav leņķiskā impulsa, tas ir, tie negriežas ap savu asi.
Kerra melnais caurums
Kerras melnajiem caurumiem nav elektrības lādiņa, bet tie rotē ap savu asi.
Reissner-Nordstrom melnā caurums
Reissner-Nordstrom melnajiem caurumiem ir elektriskais lādiņš, bet tie negriežas ap savu asi.
Kerr-Newman Black Hole
Kerra-Ņūmena melnie caurumi nes elektrisko lādiņu un rotē ap savu asi.
Teorētiski visu veidu melnie caurumi galu galā kļūst par Schwarzschild (statiskajiem un bez maksas) melnajiem caurumiem, kad zaudē pietiekami daudz enerģijas un pārtrauc griezties. Šī parādība ir pazīstama kā Penrose process. Šādos gadījumos vienīgais veids, kā atšķirt vienu Schwarzschild melno caurumu no cita, ir tā masas mērīšana.
Melnā cauruma struktūra
Melnie caurumi nav redzami, jo to gravitācijas lauks ir neizbēgams pat gaismai. Tādējādi melnajam caurumam ir tumša virsma, no kuras nekas neatspoguļojas, un nav pierādījumu par to, kas notiek ar tajā iesūktajiem elementiem. Tomēr, sākot no to seku novērošanas, ko tie rada savā apkārtnē, zinātne strukturē melnos caurumus notikumu apvidū, vienskaitlī un ergosfērā.
Notikuma horizonts
Melnā cauruma gravitācijas lauka robežu, no kuras nekas netiek novērots, sauc par notikumu horizontu vai neatgriešanās punkts.
Grafisks notikumu horizonta attēlojums, ko nodrošina NASA, kurā tiek novērota perfekta sfēra, no kuras netiek izstarota gaisma.
Neskatoties uz to, ka patiesībā tas ir tikai gravitācijas sekas, notikumu horizonts tiek uzskatīts par daļu no melnās cauruma struktūras, jo tas ir parādības novērojamās zonas sākums.
Ir zināms, ka tā forma ir pilnīgi sfēriska statiskajos melnajos caurumos un slīpa rotējošajos melnajos caurumos.
Tā kā gravitācijas laika dilatācija, melnā cauruma masas ietekmei uz laiku-laiku notikuma horizonts pat ārpus tā diapazona rada šādas sekas:
- Tālajam novērotājam pulkstenis, kas atrodas netālu no notikumu horizonta, pārvietotos lēnāk nekā vienu tālāk. Tādējādi jebkurš objekts, kas iesūcies melnajā caurumā, varētu palēnināties, līdz šķiet, ka tas laikā ir paralizēts.
- Attālam novērotājam objekts, kas tuvojas notikuma horizontiem, iegūst sarkanīgu nokrāsu, kas ir fiziska parādība, kas pazīstama kā sarkanā nobīde, jo gaismas biežumu samazina cauruma gravitācijas lauks melns.
- No objekta viedokļa laiks visā Visumā ritētu paātrinātā tempā, savukārt jums laiks ritētu normāli.
Singularitāte
Melnās cauruma centrālo punktu, kur zvaigznes masa ir kļuvusi bezgalīgi koncentrēta, sauc par singularitāti, par kuru maz ir zināms. Teorētiski singularitāte satur sabrukušās zvaigznes kopējo masu, kā arī visu gravitācijas lauka iesūkto ķermeņu masu, bet tai nav ne tilpuma, ne virsmas.
Ergosfēra
Ergosfēra ir zona, kas ieskauj notikumu horizontu rotējošos melnos caurumos, kurā debess ķermenim nav iespējams palikt nekustīgam.
Arī saskaņā ar Einšteina relativitāti jebkurš rotējošs objekts mēdz vilkt tuvu laika laiku tam. Rotējošā melnajā caurumā šis efekts ir tik spēcīgs, ka, lai paliktu nekustīgs, debess ķermenim būtu nepieciešams pārvietoties pretējā virzienā ar ātrumu, kas lielāks par gaismas ātrumu.
Ir svarīgi nejaukt ergosfēras efektus ar notikumu horizonta efektiem. Ergosfēra nepiesaista objektus ar gravitācijas lauku. Tādējādi viss, kas ar to saskaras, tiks pārvietots tikai telpā-laikā un tiks piesaistīts tikai tad, ja tas šķērsos notikumu horizontu.
Stīvena Hokinga melno caurumu teorijas
Stīvens Hokings bija viens no ietekmīgākajiem 20. un 21. gadsimta fiziķiem un kosmologiem. Starp daudzajiem ieguldījumiem Hokings atrisināja vairākas Einšteina ierosinātās teorēmas veicināja teoriju, ka Visums sākās vienskaitlī, vēl vairāk nostiprinot zvanu Lielā sprādziena teorija.
Hokings arī uzskatīja, ka melnie caurumi nav pilnīgi melni, bet izstaro nelielu daudzumu siltuma starojuma. Šis efekts fizikā bija pazīstams kā Hokinga starojums. Šī teorija paredz, ka melnie caurumi zaudē masu līdz ar izdalīto starojumu un ārkārtīgi lēnā procesā saruks, līdz tie pazudīs.
Skatīt arī:
- Relativitātes teorija
- Smagums
- lielais sprādziens
