Черная дыра - это пространственное явление чрезвычайно высоких размеров (обычно больше Солнца) и массы чрезвычайно компактный, в результате чего гравитационное поле настолько сильное, что нет частиц или излучения удается выбраться.
Поскольку даже свет засасывается, наличие черной дыры подтверждается наблюдаемыми гравитационными последствиями. в ее окрестностях, особенно из-за изменений орбит близлежащих небесных тел, которые начинают притягиваться к дыре чернить.
Кроме того, астрономы и ученые утверждают, что черную дыру можно наблюдать из-за ее светового излучения.
Первое изображение черной дыры
Первое изображение черной дыры диаметром 40 миллиардов километров, расположенной в галактике M87, в 50 миллионах световых лет от Земли. На фото: событие Horizont Telescope.
Первое изображение черной дыры было опубликовано в апреле 2019 года на конференции в Брюсселе. Это было обнаружено после 2 лет наблюдений и исследований в рамках международного проекта под названием Event Horizon Telescope (EHT), объединяющий почти дюжину радиотелескопов в мире, от Европы до полюса. Юг.
На изображении единственная видимая часть черной дыры - золотой круг, названный астрономами "горизонт событий" (горизонт событий на португальском языке) или «точка невозврата».
В центре горизонта событий находится неисчислимая плотность массы, называемая сингулярностью. Гравитация этой точки настолько сильна, что никакие окружающие предметы не могут ускользнуть.
Теоретически только то, что движется быстрее скорости света, может противостоять гравитационному полю черной дыры. По этой причине невозможно точно знать, что происходит с засасываемым материалом.
Как образуется черная дыра?
Черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса небесных тел. Эти явления возникают, когда внутреннее давление тела (обычно звезды) недостаточно для поддержания собственной массы. Поэтому, когда ядро звезды коллапсирует из-за гравитации, небесное тело взрывается, высвобождая огромное количество энергии в событии, известном как сверхновая звезда.
Репрезентативное изображение сверхновой.
Во время сверхновой за доли секунды вся масса звезды сжимается в ее ядре, когда она движется к примерно 1/4 скорости света (фактически, именно в этот момент самые тяжелые элементы во Вселенной находятся созданный).
Тогда взрыв вызовет нейтронная звезда или, если звезда достаточно большая, результатом будет образование черной дыры, астрономическое количество концентрированной массы которой создает вышеупомянутое гравитационное поле. В нем убегающая скорость (скорость, необходимая для того, чтобы какая-то частица или излучение сопротивлялась притяжению) должна быть по крайней мере больше скорости света.
Насколько велика черная дыра?
Черные дыры бывают разных размеров. Самые маленькие из известных науке называются первичными черными дырами и считаются размером с атом, но с общей массой горы.
Средние черные дыры (масса которых в 20 раз превышает общую массу Солнца) называются звездными. В этой категории самая маленькая обнаруженная черная дыра в 3,8 раза превышает массу Солнца.
Самые большие каталогизированные черные дыры, называемые сверхмассивными, часто находятся в центре галактик. Например, в центре Млечного Пути находится Стрелец А, черная дыра с массой, эквивалентной 4 миллионам масс Солнца.
На данный момент самая большая из известных черных дыр называется S50014 + 81, ее масса в 40 миллиардов раз превышает массу Солнца.
Типы черных дыр
Немецкий физик-теоретик Альберт Эйнштейн сформулировал ряд гипотез, связанных с гравитацией, которые послужили основой для возникновения современной физики. Этот набор идей получил название Общая теория относительности, в котором ученый сделал несколько новаторских наблюдений о гравитационных эффектах черных дыр.
Для Эйнштейна черные дыры - это «деформации в пространстве-времени, вызванные огромным количеством концентрированной материи». Его теории способствовали быстрому прогрессу в этой области и позволили классифицировать различные типы черных дыр:
Черная дыра Шварцшильда
Черные дыры Шварцшильда - это те, которые не имеют электрического заряда, а также не имеют углового момента, то есть они не вращаются вокруг своей оси.
Черная дыра Керра
Черные дыры Керра не имеют электрического заряда, но вращаются вокруг своей оси.
Черная дыра Рейсснера-Нордстрема
Черные дыры Рейсснера-Нордстрема несут электрический заряд, но не вращаются вокруг своей оси.
Черная дыра Керра-Ньюмана
Черные дыры Керра-Ньюмана несут электрический заряд и вращаются вокруг своей оси.
Теоретически все виды черных дыр в конечном итоге становятся черными дырами Шварцшильда (статическими и незаряженными), когда они теряют достаточно энергии и перестают вращаться. Это явление известно как Процесс Пенроуза. В таких случаях единственный способ отличить одну черную дыру Шварцшильда от другой - это измерить ее массу.
Структура черной дыры
Черные дыры невидимы, поскольку их гравитационное поле неизбежно даже для света. Таким образом, черная дыра имеет вид темной поверхности, от которой ничего не отражается, и нет никаких свидетельств того, что происходит с элементами, которые втягиваются в нее. Однако, начиная с наблюдения за эффектами, которые они вызывают в своем окружении, наука структурирует черные дыры в горизонт событий, сингулярность и эргосферу.
Горизонт событий
Граница гравитационного поля черной дыры, с которой ничего не наблюдается, называется горизонтом событий или точка, откуда нет возврата.
Графическое изображение горизонта событий, предоставленное НАСА, на котором наблюдается идеальная сфера, из которой не излучается свет.
Несмотря на то, что на самом деле это всего лишь гравитационные последствия, горизонт событий считается частью структуры черной дыры, потому что это начало наблюдаемой области явления.
Его форма, как известно, является идеально сферической в статических черных дырах и наклонной во вращающихся черных дырах.
Так как гравитационное замедление времени, влияние массы черной дыры на пространство-время заставляет горизонт событий, даже за пределами его диапазона, иметь следующие эффекты:
- Для удаленного наблюдателя часы у горизонта событий будут двигаться медленнее, чем на один дальше. Таким образом, любой объект, втянутый в черную дыру, будет замедляться до тех пор, пока не окажется парализованным во времени.
- Для удаленного наблюдателя объект, приближающийся к горизонту событий, принял бы красноватый оттенок, как следствие физическое явление, известное как красное смещение, поскольку частота света снижается гравитационным полем дыры чернить.
- С точки зрения объекта, время для всей вселенной будет течь с ускорением, тогда как для вас время будет течь нормально.
Сингулярность
Центральная точка черной дыры, где масса звезды стала бесконечно сконцентрированной, называется сингулярностью, о которой мало что известно. Теоретически сингулярность содержит полную массу коллапсирующей звезды плюс массу всех тел, поглощенных гравитационным полем, но у нее нет объема или поверхности.
Эргосфера
Эргосфера - это зона, которая окружает горизонт событий во вращающихся черных дырах, в которой небесное тело не может оставаться неподвижным.
Также согласно теории относительности Эйнштейна, любой вращающийся объект имеет тенденцию притягивать пространство-время к себе. Во вращающейся черной дыре этот эффект настолько силен, что небесному телу потребуется двигаться в противоположном направлении со скоростью, превышающей скорость света, чтобы оставаться неподвижным.
Важно не путать эффекты эргосферы с эффектами горизонта событий. Эргосфера не притягивает объекты гравитационным полем. Таким образом, все, что соприкасается с ним, будет только перемещаться в пространстве-времени и будет притягиваться, только если пересечет горизонт событий.
Теории черных дыр Стивена Хокинга
Стивен Хокинг был одним из самых влиятельных физиков и космологов 20-го и 21-го веков. Среди своих многочисленных работ Хокинг решил несколько теорем, предложенных Эйнштейном, которые внесла вклад в теорию о том, что Вселенная возникла в сингулярности, еще больше усилив вызов Теория большого взрыва.
Хокинг также считал, что черные дыры не совсем черные, но излучают небольшое количество теплового излучения. Этот эффект был известен в физике как Радиация Хокинга. Эта теория предсказывает, что черные дыры потеряют массу с высвобожденным излучением и в чрезвычайно медленном процессе будут сокращаться, пока не исчезнут.
Смотрите также:
- Теория относительности
- Сила тяжести
- большой взрыв
