Содержание
Описание
По сути, черная дыра ‒ область в космосе, где плотность вещества достигает запредельного значения. Возникшая гравитация в таком объекте настолько велика, что преломляет пространство и время. По мнению некоторых ученых, пространство и время внутри меняются местами.
Черная дыра не выглядит как отверстие или объект с четко очерченными границами. Ее непросто разглядеть на темном небе.
Только по поведению окружающих объектов, попавших под влияние гравитации, можно понять, что пространство искривлено. Когда звезда попадает в поле действия, то возникающие вспышки показывают наличие интенсивного излучения. Эти вспышки и фиксируют телескопы.
Такое состояние космического тела больше нельзя назвать материя. Это мощное поле, обладающее настолько сильной гравитацией, что даже частицы света, попадая в поле действия такой дыры, не могут вырваться и остаются внутри.
Поэтому неразличима, она не излучает и не отражает свет. Понять, что за объект мы видим можно, только наблюдая за соседними объектами.
Сверхмассивные, звездные и малые
Все черные дыры условно делят на три категории: малые, звездные или околосолнечные и сверхмассивные.
Малые
Малые объекты начали формироваться еще в период Большого взрыва. Они могут быть размером с атом или достигают размера нашего Солнца или чуть выше. Предполагалось, что в Большом андронном коллайдере можно создать микроскопичную дыру из электронов и смоделировать попадание частиц внутрь. Пока ученые осторожно говорят о такой возможности.
Сверхмассивные
Сверхмассивная достигает массы равной 1 млн масс нашего Солнца. Предполагается, что масса сверхмассивной дыры вырастает от попадания космических объектов в поле ее действия.
Чем больше массы попадает в черную дыру, тем дыра становится больше. Есть версия, что при слиянии нескольких звездных дыр образуется новая сверхмассивная черная дыра.
Каждая галактика имеет сверхмассивную дыру в центре, она служит ядром системы. В нашей галактике может находиться примерно 10 миллионов черных дыр. В центре Млечного Пути наблюдают сверхмассивную дыру Стрелец А.
Звездные
Масса звездных или околосолнечных черных дыр достигает 20-40 масс Солнца. Образуется после выгорания ядра звезды. Она начинает сжиматься до предела, что приводит к усилению гравитации. При высокой массе такие объекты занимают небольшой объем пространства.
Источники питания такого монстра: пыль, газ, астероиды ‒ меняют массу, и звездная черная дыра может стать сверхмассивной.
Возникновение
Черная дыра ‒ это конечная стадия «жизни» звезды. Любая звезда существует, пока в ее недрах идут термоядерные реакции. Когда процессы подходят к завершению, и топливо заканчивается, гравитация начинает сжимать оболочку звезды.
В 30-х годах XX века индийский ученый С. Чандрасекар вывел предельную массу, после которой звезды образуют черную дыру. Если же масса менее 1,4 массы нашего Солнца, то образуется белый карлик или нейтронная звезда.
История понятия
Действие черной дыры основано на силе гравитационного поля. О гравитации мир узнал в 1687 г. после открытия Исааком Ньютоном Закона всемирного тяготения. Сила гравитации на планетах и других космических объектах зависит от его массы и объема. Например, гравитация на Земле сильнее, чем на Луне.
Темная звезда
В 1784 г. Джон Мичел, физик-теоретик, вывел на арену понятие «темной звезды». Он объяснил, что наше Солнце не может стать такой звездой из-за малых размеров. Оно должно быть в 500 раз больше. Уже тогда ученые считали, что во Вселенной достаточно огромных объектов, превышающих солнечные в миллионы раз, которые могут стать темными звездами.
Замороженная звезда
В XIX веке силу гравитации удалось преодолеть. Теория относительности Альберта Эйнштейна объяснила искривление пространственно-временного континуума и образование временной воронки вокруг предмета.
В начале XX века стало понятно, что если двигаться со скоростью света, то можно преодолеть силу притяжения. Однако на «замороженные звезды» это не распространялось. «Замороженные звезды» неподвижны.
Карл Шварцшильд в начале XX века ввел значение гравитационного радиуса, который подразумевает тот предел, когда сжатие материи может привести к существованию более плотного вещества. Например, гравитационный радиус земли составил всего 9мм, для сравнения радиус Солнца 3 км.
Современное название
Само название «черная дыра» появилось в 60-х г.г. XX века. Обычно авторство приписывают Джону Уилеру, который читал лекции в Пристонском университете в 1967 г и, якобы, впервые употребил понятие «черная дыра». Хотя есть утверждения, что первым это понятие озвучил физик-теретик Роберт Дикке.
Позднее термин стал употребляться в публикациях изданий Life и Science News. И только после этого «черная дыра» стала популярным названием, быстро распространившимся в научном сообществе и среди обычной публики.
Что происходит внутри черной дыры
Принято считать, что черная дыра состоит из двух частей: горизонта событий и сингулярности. Горизонт является границей действия гравитационного поля.
Космическое тело, попавшее за горизонт событий, притягивается к центру, к сингулярности. В точке сингулярности плотность становится бесконечной. Даже двигаясь со скоростью света, вырваться обратно почти невозможно.
Хорошие новости. Если масса черной дыры огромна, выше, чем 1 млн. масс нашего Солнца, то можно покинуть границы искажения пространства и вернуться обратно.
Если же масса черной дыры невысокая, 20-40 масс Солнца, то вырваться за горизонт и вернуться на свою орбиту шансов нет.
Объект, попавший внутрь дыры, будет вытягиваться по длине и сжиматься по ширине, растягиваясь до предела. Затем последует разрыв на две части, каждая часть также вытягивается и рвется. И так до бесконечности, пока попавшее в сингулярность тело, не превратится в сверхмалые частицы. Процесс вытягивания получил название спагеттификации.
Если же на происходящее внутри дыры посмотрит наблюдатель снаружи, то он увидит неподвижное тело. Будет казаться, что тело замерло и висит на одном месте в течение всего времени наблюдения.
Время и пространство внутри
Внутри черной дыры пространство и время будто меняются местами. Представим время линейной функцией. Оно двигается только вперед, миг назад ‒ уже прошлое, миг впереди ‒ непредсказуемое будущее. Пространство в нашем мире характеризуется длиной, шириной и высотой. Иначе говоря, имеет несколько направлений.
Внутри черной дыры происходит смещение: пространство образует одну линию, ведущую к центру воронки. А время становится разнонаправленным.
Представим, вы случайно угодили в черную дыру и вам удается оглянуться назад. Если вы сможете рассмотреть свое тело чисто гипотетически, то сможете увидеть себя в прошлом, несколько секунд назад.
Этот феномен вызван искривлением пространственно-временного континуума, на которое влияет мощное гравитационное поле.
Если предположить, что Вселенная не вечна, то черные дыры будут последними, что исчезнет в пространстве. Сверхмассивным дырам понадобиться 10100лет, чтобы переварить все, и себя в том числе, и полностью испариться.
Структура черной дыры проста: горизонт событий и сингулярность. Технические параметры состоят из массы и гравитации или скорости вращения. А сам процесс формирования дыры происходит, когда жизненный цикл звезды подходит к завершению.
До сих пор ведутся споры среди ученых по поводу процессов происходящих за горизонтом событий и в зоне сингулярности.
Ответы на вопросы
При увеличении одной из черных дыр, она, достигнув другой, меньшей по массе, поглотит ее. Их сингулярности начнут сливаться вместе. Этот процесс занимает не один год.
В Солнечной системе нет черных дыр и нет таких объектов, которые могут со временем преобразоваться в дыру.
Если предположить, что Солнце, как самое тяжелое тело в Солнечной системе, вдруг превратится в черную дыру, то Земля и другие планеты останутся на своих орбитах. Массы Солнца не хватит, чтобы создать гравитационное поле, способное сдвинуть планеты. Если это и случится, то лишь когда наш желтый карлик исчерпает свое топливо. Что случится, по мнению ученых, через 5 млрд. лет и даже позднее.
Масса Солнца больше всех планет Солнечной системы вместе взятых в 750 раз. Она составляет 1,9891х1030 кг. Радиус нашей звезды 696 млн м2. Для масштабов Вселенной размер небольшой.
По версии ученых, самая крупная черная дыра S5 0014+81 в далеком блазаре FSRQ. Блазар находится в созвездии Цефея на расстоянии 12 млрд. световых лет от нас. Радиус Шварцшильда объекта 118 млрд. км. Для сравнения: радиус Земли по Шварцшильду всего 9мм.
