Что находится в центре черной дыры


Привет, любители космоса.

Сингулярность черной дыры — место без сомнений странное. Там материя сживается до бесконечно крошечной точки и все представления о времени и пространстве вкупе с физикой рушатся. А что если это не так? Что может заменить сингулярность? Я попробую изложить самые интересные концепции…

Планковская звезда

Возможно, глубоко внутри черной дыры материя не сжимается до бесконечности. Вместо этого она принимает наименьший из возможных минимальный объем. Это и есть звезда Планка.

Планковская звезда — гипотетический астрономический объект, который формируется, когда плотность энергии коллапсирующей звезды доходит до планковской плотности энергии:


Это — теоретическая возможность, предполагаемая петлевой квантовой гравитацией, которая сама по себе является весьма гипотетическим предложением для создания квантовой версии гравитации. В мире петлевой квантовой гравитации пространство и время квантуются — Вселенная вокруг нас состоит из крошечных дискретных частей, но в таком невероятно крошечном масштабе, что наши движения кажутся плавными и непрерывными.

Эта теоретическая фрагментарность пространства-времени дает два преимущества:

1. Она доводит мечты о квантовой механике до ее окончательного заключения, объясняя гравитацию естественным образом;


2. Это делает невозможным формирование сингулярностей внутри черных дыр.

Когда материя сжимается под огромным весом коллаписрующей звезды, она встречает сопротивление. Дискретность пространства-времени не позволяет материи достичь чего-либо меньше, чем планковская длина (1,68х10^-35 метров).Вся материя, которая попадает в черную дыру, сжимается до шара не намного больше этого. Он чрезвычайно мал, но не бесконечно…

Плотность вещества, чтобы вы понимали в таком объекте:

Масса гипотетической элементарной частицы — максимона.

Постоянное сопротивление сжатию заставляет материю в конечном итоге взорваться, делая черные дыры временными объектами. Но вот только из-за экстремальных эффектов замедления времени, требуются миллиарды, а может и триллионы лет, чтобы это случилось…

Черная звезда (Gravastar)

… или гравитационная звезда.


Еще одна возможность избавиться от сингулярности — гравитационные звезды (гравастар).

Разница между классической черной дырой и гравастаром в том, вместо сингулярности, она наполнена темной энергией.

Темная энергия — это вещество, которое пронизывает пространство-время, заставляя его расширяться наружу

Когда материя падает на гравастар, она не может по факту проникнуть за горизонт событий и поэтому остается на поверхности. но за пределами этой поверхности гравастары выглядят и действуют как обычные черные дыры.

Правда, недавние наблюдения слияния черных дыр детекторами гравитационных волн потенциально исключили существование гравазвезд, потому как сигналы от таких объектов должны быть вроде как иными.


Тем не менее, черные звезды или гравастары, или гравитационные звезды — вполне могут существовать в нашей Вселенной, физика не запрещает…

Вращение — жизнь?

Что планковские звезды, что гравастары — на бумаге очень крутые, но реальность их существования вызывает большие сомнения. Так что, есть менее экзотическое объяснение сингулярностей, основанное на более тонком и реалистичном взгляде на черные дыры во Вселенной.

Идея единой точки бесконечной плотности исходит из нашей концепции неподвижных, невращающихся, незаряженных, довольно скучных черных дыр. Настоящие черные дыры — гораздо более интересные персонажи, особенно когда они вращаются.

Вращение вращающейся черной дыры вытягивает сингулярность в кольцо. И согласно математике общей теории относительности Эйнштейна, как только вы проходите через сингулярность кольца, вы входите в червоточину и вылетаете через белую дыру (лично мне концепция белых дыр совершенно не нравится) в совершенно новый и захватывающий мир, возможно даже другой Вселенной.


Есть только одна проблема — внутренности вращающихся черных дыр катастрофически нестабильны. И да, проблема как раз в том, что они вращаются. Сингулярность, растянутая в кольцо, вращается с такой фантастической скоростью, что обладает невероятной центробежной силой. А в общей теории относительности достаточно сильные центробежные силы действуют как антигравитация — они толкают, а не тянут.

Это создает границу внутри черной дыры, называемую внутренним горизонтом. За пределами этой области излучение падает внутрь к сингулярности, вызванное сильнейшим гравитационным притяжением. Но излучение выталкивается антигравитацией вблизи кольцевой сингулярности, и поворотной точкой является внутренний горизонт. Если бы вам пришлось столкнуться с внутренним горизонтом, вы бы столкнулись со стеной бесконечно мощного излучения — всей прошлой истории Вселенной, которая ударила вам в лицо менее чем за мгновение.

Формирование внутреннего горизонта сеет семена разрушения черной дыры. Но вращающиеся черные дыры, безусловно, существуют в нашей Вселенной, так что это говорит нам о том, что наша математика неверна и происходит что-то странное.

Что на самом деле происходит внутри черных дыр — возможно, за всю историю нашей цивилизации, мы об этом так и не узнаем…


А что думаете Вы?

Источник: https://www.space.com/what-happens-black-hole-center

Источник: zen.yandex.ru

Искривление четырехмерного пространственно-временного континуума

С новой силой волна интереса к этим загадочным космически.
77;рта и Альберта Эйнштейна. Согласно которой, гравитационное поле представляет собой искривление четырехмерного пространственно-временного континуума, и в которо .
077; существует. Предположительно данное пространство может быть настолько искривлено, что свет окажется в замкнутой области. Данное явление и будет представлять собой черную дыру.
1053;о не все аспекты данной теории нашли подтверждение в действительности…

Концентрические кольца вокруг «звезды-невидимки»

Что находится в центре черной дыры

Внутри черной дыры

Много лет назад одним из крупнейших астрофизиков современности, Кипl.
;ыр, должны образовываться концентрические кольца в виде радужного ореола. Так как если притянутый гравитационным полем луч света проходит достаточно близко, для возможности воздействия на него силы тяжести, но при этом достаточно далеко, чтобы не позволить ей захватить себя навечно, он может двигаться определенное время вокруг этой черной дыры, излучая небольшое количество света. Однако чтобы наблюдать данное явление, необходимо чтобы черная дыра находилась относительно недалеко и позади нее располагалась яркая звезда.

Они скорее есть, чем их нет, но доказать их существование пока невозможно

Современные астрофизики считают, что внутри черной дыры останавливается время и искривляется пространство, но доказать это не так-то просто, как и доказать реальное существование самих черных дыр. Потому что они абсолютно ничего не излучают, а значит, их невозможно и наблюдать.

Что находится в центре черной дыры

Компьютерная модель, показывающую, как выглядит пространство для наблюдателя, упавшего в черную дыру

На данный момент сомнений в существовании во вселенной черных дыр уже практически нет, но утверждать, кто и когда впервые обнаружил данный объект или доказал, что исследуемый космический объект действительно является черной дырой, невозможно.

Источник: SpaceGid.com

Чёрная дыра — удивительное место, ломающее современные физические законы, причём теперь, когда её существование доказано, она является неотъемлемой частью физики. На данном этапе развития, мы уже с полной уверенностью можем сказать, как она выглядит снаружи и предположить её логичное внутреннее строение. Все мы любим пиздатые рендеры, в которых чёрная дыра выглядит как чёрный шар, всасывающий в себя всякую хуету из аккреционного диска, однако посмотрев на неё, вы увидите совсем не такую картину — чёрная дыра прозрачная, да и она особо-то и не сосёт, ведь гравитация до горизонта событий зависит только от массы. И хоть увидеть чёрную дыру из-за её прозрачности мы не можем, однако мы смогли сфотографировать её тень. Но чтобы перейти ко внутреннему строению, давайте поделим чёрные дыры на виды:

  • Чёрная дыра Шварцшильда (не вращается и не имеет заряда)
  • Чёрная дыра Рейснера — Нордстрёма (не вращается, но имеет заряда)
  • Чёрная дыра Керра (вращается, но не имеет заряд)
  • Чёрная дыра Керра — Ньюмена (и вращается, и заряжена)

Эти чёрные дыры расположены в порядке усложнения внутренней структуры. Так, когда у первой дыры есть только сингулярность, горизонт Коши и горизонт событий, то у других добавляется эргосфера и предел статичности. Причём из-за теоремы об отсутствии волос, чёрные дыры определяются только тремя характеристиками: массой, зарядом и вращением, поэтому две любые чёрные дыры с одинаковыми характеристиками будут совершенно неотличимы друг от друга, однако чёрные дыры разных видов будут неебически различны между собой: начиная с форм и видов сингулярности, заканчивая количеством горизонтов событий. Давайте начнём с центра чёрной дыры и будем двигаться ко внешней области.

Сингулярность

Гравитационная сингулярность (есть у невращающихся) — это такая область пространства, которая вертит это самое пространство как хочет, потому что они появляются в Общей теории относительности как точки пространства, имеющие нулевой объём, какую-нибудь массу и бесконечные плотность с кривизной, но они не объясняются этой самой теорией относительности. Сингулярности этого вида если и существуют, то находятся они только в чёрных дырах Шварцшильда. Но это не перестаёт делать сингулярности поистине особенными объектами: в них пространство «рвётся», и частица (да и вообще всё что угодно) просто берёт и тупо перестаёт существовать, создавая информационный парадокс, сингулярность обладает приливные силы, которые приводят к «спагеттификации». Как бы да, есть дохуя всяких теорий решающих эту проблему, как например создание голограммы на горизонте событий, равномерное распределение массы между горизонтом событий и сингулярностью, которая по мере старения чёрной дыры улетучивается или излучение энергии мягкими фотонами, но пока что эти теории имеют очень мало доказательств, так что проблема с этой хуетой пока не закончена и вряд ли сдвинется с мёртвой точки до формирования Квантовой гравитации.

Кольцеобразная сингулярность (есть у вращающихся) — это та же самая гравитационная сингулярность, только она имеет вид не точки, а плоского диска, высота которого равна нулю, а радиус больше нуля, ничем другим на не отличается.

БХЛ-сингулярность (может быть как у вращающихся, так и у невращающихся) — это гипотетическая сингулярность, которая обладает практически всеми теми же свойствами, что и кольцеобразная сингулярность, только она более стабильна и имеет другое строение с механизмом образования, но в ней всё так же пространство «рвётся» и хуй пойми, что происходит с попадающей туда материей. Эта сингулярность имеет приливные силы БХЛ-типа, которые не растягивают объект в сторону сингулярности, как обычные приливные силы, а объект расширяется и сжимается, причём чем ближе к сингулярности, тем сильнее амплитуда, поэтому в какой-то момент, объект разрывается и после бесследно исчезает (либо попадает в 5 измерение, как было в фильме «Интерстеллар»). При создании квантовой гравитации, скорее всего, существование этой сингулярности подтвердится.

Падающая сингулярность — сингулярность, находящаяся у старых вращающихся чёрных дыр. Эта сингулярность крута тем, что она реально может на тебя упасть, и тебе настанет пиздец. Падающая сингулярность образуется из всякой хуеты, которая упала после тебя в черную дыру. Из-за гравитационного замедления времени вся эта хуета будет образовывать слой, который будет деформировать пространство и материю с бесконечной скоростью, а после того, как он достигнет тебя, то он уже тебя будет растягивать с бесконечной скоростью, но растянет тебя лишь в конечной степени, то есть ты будешь похож на баганую расятнутую рэгдолл текстурку.

Вылетающая сингулярность — сингулярность, полостью идентичная предыдущей, но только она, исходя из названия, не падает, а вылетает.

Горизонт Коши

Горизонт Коши (есть у всех чёрных дыр) — это такая область пространства, после которой решения уравнений Эйнштейна идут по пизде, и все эти решения становятся равноправными. Нам не понятно, что дальше будет происходить с объектом, попавшим в дыру, поэтому был сформулирован принцип космической цензуры.

Горизонт событий

Горизонт событий (есть у всех чёрных дыр) — это воображаемая почти идеальная сфера вокруг сингулярности, определяемая радиусом Шварцшильда. Она является «почти идеальной», так как на самом деле он действует как проводящая мембрана, которая из-за гравитационных эффектов может слегка менять свою форму и колебаться. Этот горизонт отделяет нас от сингулярности и это то место, в котором вторая космическая скорость становится равной скорости света. Горизонт событий разделяет 2 области пространства, между которыми нельзя передавать информацию, то есть, попав за горизонт событий, ты туже ничего не сможешь передать тем, кто находится с нашей стороны. На границе горизонта событий происходит излучение Хокинга, и чёрная дыра теряет массу, но это при том, что горизонт никак не выделяется, как область пространства. При его пересечении ты не услышишь никаких свистяще-пердящих звуков, не увидишь каких-то дефектов пространства и не почувствуешь какого-то покалывания у тебя — ничего, просто большую часть твоего обзора начнёт занимать чёрная дыра, и хоть ты вообще ничего не заметишь, однако очень сильно заметит наблюдатель, который будет смотреть на тебя издалека — для него ты не пересечёшь горизонт событий, а достигнув его, будешь краснеть, пока в конечном итоге не исчезнешь (а исчезнешь ты очень быстро, понадобится пара секунд), после чего от тебя ничего не останется в этой Вселенной.

Второй горизонт событий (этот горизонт есть только у вращающихся чёрных дыр) — это такой горизонт событий, который появляется при вращении чёрных дыр и образовании кольцеобразных сингулярностей. Этот горизонт событий ничего особенного чёрной дыре не даёт, кроме того, что он ограничивает её скорость вращения, так как при охуенно большом моменте импульса внутренний и внешний горизонты сравниваются и исчезают, обнажая сингулярность, что недопустимо по космическому принципу.

Эргосфера

Эргосфера – это такой райончик вокруг черной дыры, который находится между горизонтом событий и пределом статичности. В нём все объекты будут двигаться с ускорением за счет эффекта Линзе — Тирринга (то же самое, что и ускорение Кориолиса (приобретение дополнительного ускорение вокруг вращающейся хуевины, которая намного массивнее тебя), только в усложненном виде), однако это всё ещё не горизонт событий и по процессу Пенроуза (когда какая-то хуйня, попавшая в тяготение чёрной дыры, разделяется на куски, один из которых получают больший импульс и энергию, чем изначально, а второй, по закону сохранения импульса, падает в чёрную дыру с отрицательным импульсом и чёрная дыра теряет энергию), можно чутка скинуть жирка и послать чёрную дыру нахуй. Эргосфера — дохуя интересная область, так как и процесс Пенроуза и процесс Блэнфорда — Знаека (грубо говоря, извлечение энергии из чёрной дыры за счёт вращающегося аккреционного диска с магнитным полем) связаны с эргосферой, и они делают так, чтобы чёрная дыра теряла массу.

Предел статичности

Если граница обычных чёрных дыр — это горизонт событий, то у чёрных дыр, как и у Москвы, есть второе анальное колечко — предел статичности — сфера, отделяющая наш мир от эргосферы. Предел статичности, как и горизонт событий, какой-то охуеть важной структурой не является, он просто разграничивает пространство на области: «можно выбраться, двигаясь от чёрной дыры» и «можно выбраться, двигаясь по ходу вращения чёрной дыры».

На этом можно и закончить рассматривать внутреннее устройство, так как фотонная сфера и аккреционный диск не входят во внутреннее строение. Как можно видеть, реальное устройство чёрной дыры намного сложнее, чем считают многие люди, однако все внутренности были выведены путём логических домыслов и подсчётом всяких сложных формул, которые могут быть не до конца верны, поэтому пока мы не можем знать наверняка, что происходит внутри такого экзотического объекта, но с развитием науки, с формулированием квантовой гравитации, более интенсивным изучением этих загадочных объектов человечество сможет узнать, какую хуйню скрывает от нас чёрные дыры.

Спасибо за то, что вы с нами.
С любовью, Рителлинг favorite

Источник: retell.in

10 апреля группа исследователей проекта «Телескоп горизонта событий» показала первое в истории изображение черной дыры. Косвенно существование этих объектов, которые поглощают даже свет, подтверждали и раньше, но теперь их впервые показали наглядно. «Медуза» попросила приглашенного профессора лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ Станислава Бабака и главу лаборатории Юрия Ковалева ответить на распространенные вопросы о черных дырах.

Что представляют собой черные дыры? Что такое горизонт событий?

Черные дыры — это наиболее компактные и самые простые объекты во Вселенной. Они описываются всего двумя параметрами — массой и скоростью вращения. С точки зрения астрофизики черные дыры — это конечная стадия эволюции звезд. Например, тяжелая звезда эволюционирует, взрывается, и ее центр сжимается в черную дыру. Горизонт событий черной дыры — это ее условная поверхность, оболочка, никакой физической поверхности нет, это просто некоторое расстояние от центра. Это то место, попадая в которое объект или свет уже не сможет выбраться обратно, так как здесь начинается очень сильная гравитация, которая не выпускает попавшие в него объекты. Это можно объяснить математически: выход из горизонта событий означает движение в обратную сторону по времени, что невозможно с точки зрения физики. 

Почему черные дыры так называются? Разве они могут быть какого-то цвета?

Одно из первых названий черных дыр — коллапсары. Название «черные дыры» было придумано в XX веке журналистами и подхвачено одним из великих ученых того времени, американским физиком-теоретиком Джоном Уиллером. Почему именно черные? Это такой объект, который не может ничего излучать, свет оттуда не выходит. Хотя и это не совсем правда: черные дыры могут излучать так называемое излучение Хокинга (испарение черных дыр), но на классическом уровне если свет в них попадает, то ничто оттуда не выходит, именно поэтому их называют «черные дыры» — их никак нельзя увидеть. Мы можем наблюдать черную дыру, только если вокруг нее есть какая-то материя: газ или соседняя звезда, с которой черная дыра стаскивает оболочку. Благодаря гравитационным волнам мы можем «увидеть» две сливающиеся черные дыры. Фактически у черных дыр нет никакого цвета, это условное название, обозначающее, что все в нее падает и ничего не выходит.

Откуда берутся черные дыры? 

Это зависит от их массы. Черные дыры бывают небольшими (несколько масс нашего Солнца), а могут быть очень массивными (миллионы масс Солнца). Размер черных дыр пропорционален их массе.

Черные дыры с околосолнечной массой могли зародиться в ранней Вселенной. Подобная черная дыра может образоваться путем сжимания звезды в 20–60 раз больше нашего Солнца, которая взрывается в конце жизни, а то, что останется в центре, сожмется до размеров черной дыры, сколлапсирует. Массы таких черных дыр ограниченны — больше 5 солнечных масс, но меньше 50–60 солнечных масс. 

Пример массивной черной дыры показали 10 апреля благодаря «Телескопу горизонта событий», который сфотографировал объект в центре галактики M87 с массой в миллиарды солнечных. В центре нашей Галактики тоже есть подобная черная дыра, ее масса — 4 миллиона солнечных. Эта черная дыра образовалась вместе с Галактикой — либо от гигантского газового облака, которое сжалось и образовало черную дыру, либо это было первое поколение тяжелых звезд, которые образовывали первые черные дыры, те, в свою очередь, сливались и формировали черные дыры размером в тысячу солнечных масс. Основной механизм роста массы черных дыр в центре галактик — заглатывание газа из окружающей среды. Чем больше «бросаешь» в черную дыру, тем больше она растет. Более того, если «бросать» газ или частицы в черную дыру в одном направлении, она еще будет и раскручиваться.  

Какой они бывают формы? Если в черную дыру все проваливается, значит, у нее есть дно?

Черные дыры могут быть двух форм: если она почти не вращается — сферической, а если вращается быстрее — сфероидальной (сплющенная сфера). Как правило, все черные дыры вращаются — какие-то быстрее, какие-то медленнее. Дна в черной дыре нет. Мы не до конца понимаем, что конкретно происходит в самом центре, где законы физики перестают работать. Общая теория относительности говорит нам, что кривизна пространства в центре черной дыры бесконечна. Но это означает только, что теория в центре черной дыры не работает. Поэтому, например, попытки создать квантовую теорию гравитации — это попытки ответить, что может быть в самом центре черной дыры. Пока простейший ответ — это бесконечность, сингулярность. Но в природе нет ничего бесконечного, значит, пока в нашем уравнении что-то не так.  

Для чего изучают черные дыры?

Достаточно большое количество вопросов о природе Вселенной основывается на понятии черных дыр, поэтому ученым важно подтвердить экспериментально это представление, чтобы сказать: «Да, мы не занимаемся ерундой, эти теории справедливы, наши построения верны, и мы можем двигаться дальше в изучении Вселенной с использованием такого теоретического понятия, как черная дыра». Можно вспомнить открытие гравитационных волн — слияние двух черных дыр массой 20–30 масс Солнца. Это тоже было косвенное доказательство существования черных дыр. Объявленное 10 апреля обнаружение тени черной дыры очень важно, потому что оно подтверждает самосогласованность наших теорий. Предсказание было такое: если в центре галактики Дева А (или Мессье 87) есть черная дыра массой около 6 миллиардов масс Солнца, тогда мы увидим фотонное кольцо из света как раз такого размера, как удалось измерить. 

Следующий шаг — обновление общей теории относительности Эйнштейна на основе данных о сильном гравитационном поле массивной черной дыры. Для этого центр галактики М87, где было получено первое изображение, не очень подходит: нужна значительно более высокая точность измерений. Массу с большой точностью ученые смогли определить только для черной дыры в центре нашей Галактики — мы называем этот объект Стрелец А*.

Все обратили внимание, что группа «Телескопа горизонта событий» практически ни слова не сказала про центр нашей Галактики. Дело в том, что Стрелец А* довольно недружелюбно к нам настроен по объективным физическим причинам. Наша центральная черная дыра имеет достаточно маленький горизонт событий. Соответственно, взрывные процессы там происходят очень быстро — в пределах или менее одного часа. «Телескопу горизонта событий» сложно восстановить картинку, когда черная дыра так быстро меняется. Это можно сравнить с попытками родителей сфотографировать своего постоянно крутящегося ребенка — картинка все время получается смазанной. Ученым необходимо научиться восстанавливать изображение в центре нашей Галактики за очень короткое время. Пока таких инструментов нет.

Сколько уже открыто черных дыр?

Объектов, которые ведут себя как одиночные черные дыры (тянут на себя материю и газ), очень много. Что касается двойных черных дыр, если верить каталогу LIGO и VIRGO, то их всего 10 пар. 

Черные дыры действительно бесконечно расширяются, поглощая все на своем пути?

Нет. Если в черную дыру специально бросать объекты, масса будет увеличиваться, но в нее очень сложно попасть. Черная дыра при этом будет оставаться очень маленькой. Звездам и газу, которые вращаются вокруг черной дыры, ничего не угрожает — нужно быть действительно очень близко к черной дыре, чтобы она начала их поглощать. 

Что будет, если попасть в черную дыру?

Когда падаешь в черную дыру, с одной стороны, тебя начинает сплющивать, с другой — очень сильно растягивать. Есть известная задача: что случится с космонавтом, который падает в черную дыру, — сначала оторвет голову или сплющит? Правильный ответ — голову оторвет вначале. При проходе через горизонт событий пространство искривляется, и кривизна пространства быстро растет, пока космонавт сам не станет сингулярностью (исчезнет). 

Могут ли две черные дыры столкнуться? Что тогда произойдет?

Две черные дыры очень тяжело столкнуть. Для этого они должны быть на очень близком расстоянии друг к другу. Один из способов — двойные звезды, которые обе в результате «старения» превратились в черные дыры, тогда они будут с самого начала близко друг от друга. 

Чтобы две массивные черные дыры в сталкивающихся галактиках оказались близко, нужны миллиарды лет. И они должны быть очень близко, чтобы гравитационное излучение стало таким, что они сольются в течение нескольких десятков лет. В результате слияния черных дыр получается опять же черная дыра с большей массой и больше по размерам. 

Источник: meduza.io

Что такое черная дыра?

Изображение черной дыры с четко выраженным горизонтом событий
Изображение черной дыры с четко выраженным горизонтом событий

Это может показаться странным, но черные дыры являются самыми простыми объектами во Вселенной в плане характеристик. У них есть лишь два параметра: скорость вращения и масса. В астрофизике считается, что они являются финальным этапом эволюции звезд. Когда жизненный цикл светила подходит к концу, оно взрывается, а его центр превращается в черную дыру.

Поверхность новообразованного небесного тела называется горизонтом событий. Но нужно понимать, что у черной дыры отсутствует физическая оболочка. Под данным термином подразумевается лишь пространство на определенном расстоянии от центра, где заканчивается действие силы притяжения. Когда объект или свет пересекает горизонт событий, он уже не может выбраться из черной дыры, поскольку оказывается в сильном гравитационном поле.

Почему черные дыры так называются?

Изначально данные космические объекты назывались коллапсарами. Однако в XX веке журналисты научных изданий начали использовать словосочетание “черная дыра”. Оно так сильно понравилось физику Джону Уиллеру, что он вывел его на уровень официального обозначения.

Черные дыры получили такое название, поскольку полностью поглощают свет, из-за чего их нельзя увидеть. Разглядеть объект можно лишь в том случае, если вокруг горизонта событий находится оболочка из определенного вещества, например, газа. Также черная дыра хорошо заметна, если она впитывает вещество и энергию из расположенной рядом звезды. В противном случае обнаружить ее не удасться, поскольку она будет невидима для человеческого глаза и приборов.

Черная дыра вокруг звездного скопления
Черная дыра вокруг звездного скопления

Хоть данные объекты и поглощают свет полностью, никак его не отражая, есть гипотеза, что они могут обладать излучением. Во время своего существования черная дыра способна испускать в пространство разные простейшие частицы, большую часть которых составляют фотоны. С физической точки зрения этот процесс напоминает постепенное испарение. На данный момент это явление не доказано, и существует лишь гипотетическая модель. Ученые называют его излучением Хокинга.

Видимыми черные дыры становятся, когда сталкиваются друг с другом. От них в пространство начинают исходить заметные гравитационные волны.

Как появляются черные дыры?

Появление черных дыр напрямую зависит от их массы. По этому параметру они разделяются на две категории: околосолнечные – их вес равен нескольким Солнцам, и массивные – у них данный параметр в миллионы раз больше.

Как черные дыры участвуют в формировании космоса
Как черные дыры участвуют в формировании космоса

Исследования показывают, что околосолнечные черные дыры имеют большой возраст и скорее всего появились на ранних этапах формирования Вселенной. Они образовались в результате сжатия звезд, размеры которых в 25-70 раз превышают габариты Солнца. Когда светило прекращало уменьшаться, оно взрывалось, а его центр превращался в черную дыру.

Массивные объекты в большинстве случаев образуются из гигантских газовых облаков. Массы последних как раз хватает, чтобы сформировалась черная дыра больших размеров, которая весит в миллионы раз больше Солнца. На территории Млечного Пути существует одна из таких под названием Стрелец А*. Она находится в 26 тысячах световых лет от Солнечной системы. Эта черная дыра появилась примерно в то же время, что и галактика, и располагается в ее центре. Основным материалом для нее послужило газовое облако, которое сжалось до малых размеров. Также есть версия, что черная дыра в Млечном Пути появилась после взрыва звезды гигантских размеров.

На протяжении своего существования оба вида объектов притягивают из пространства вещества, которые пересекают их горизонт событий. Из-за этого габариты черной дыры постепенно увеличиваются. Более того, если поглощение происходит лишь с одной стороны, она начинает вращаться в определенную сторону.

Какой формы черная дыра?

Все черные дыры вращаются вокруг своей оси. И от скорости напрямую зависит их внешний вид. Если движение происходит медленно, то форма объекта будет сферической. Но когда черная дыра вращается с большой скоростью, ее полюса сплющиваются, из-за чего она становится овальной.

Черные дыры бывают круглыми или овальными
Черные дыры бывают круглыми или овальными

На данный момент современных технологий хватает на то, чтобы определить форму объекта. Но ученым до сих пор не удается узнать, что находится в центре черной дыры. Известно, что там не действуют физические законы, а кривизна пространства стремится к бесконечности. Пока самым распространенным мнением считается, что внутри черной дыры находится сингулярность.

Структура и физика черных дыр

Схема строения черной дыры
Схема строения черной дыры

Любая черная дыра имеет два основных элемента. Горизонт событий – границу, при пересечении которой объект гарантированно окажется в гравитационном поле, и сингулярность. Последняя наполняет внутреннюю область. Ученые до сих пор не могут определить, что именно находится в ней. Известно, что внутри искажается время и пространство, не действуют законы физики.

Когда черная дыра вращается, вокруг горизонта событий появляется эргосфера. Находящиеся в этой области объекты также движутся в этом направлении. Однако притяжение действует недостаточно сильно, чтобы затягивать их в сингулярность. Соответственно, объекты могут покинуть эргосферу.

Виды черных дыр

Изучение Вселенной позволило ученым выявить четыре вида черных дыр, обладающих определенными особенностями.

Черные дыры звездных масс

Черная дыра звездной массы
Черная дыра звездной массы

Этот вид черных дыр появляется после выгорания топлива в звезде. Когда термоядерная реакция внутри светила прекращается, оно начинает остывать и сжиматься из-за сильной гравитации. Если на определенном этапе процесс остановится, то объект превратится в нейтронную звезду. Но если он продолжится, то в конечном итоге из-за гравитационного коллапса светило станет черной дырой.

Сверхмассивные черные дыры

Сверхмассивная черная дыра
Сверхмассивная черная дыра

Представители данного класса обладают гигантскими размерами и большой массой. Не так давно американские ученые доказали, что данные объекты обладают гораздо большим весом, чем считалось ранее. Например, по предварительным оценкам, масса черной дыры, расположенной в центре галактики М87, равнялась трем миллиардам солнечных. Но более детальные исследования показали, что этот параметр значительно выше. Для того, чтобы черная дыра способствовала вращению звезд в галактике, она должна весить 6,5 млрд солнечных масс.

Сверхмассивные черные дыры могут появляться как из звезд, так и из газовых облаков. При этом они поглощают большое количество материала из пространства, продолжая наращивать вес и габариты.

Первичные черные дыры

Один из вариантов изображения первичной черной дыры
Один из вариантов изображения первичной черной дыры

Существование первичных черных дыр во Вселенной пока не доказано. Считается, что если на ранних этапах формирования космоса в гравитационных полях возникали колебания и появлялись сильные отклонения в их однородности, это могло способствовать образованию подобных объектов. Если первичные черные дыры существуют, то они обладают небольшой массой, которая может быть даже меньше, чем у Солнца.

Квантовые черные дыры

Изображение квантовой реакции при столкновении протонов
Изображение квантовой реакции при столкновении протонов

Квантовые черные дыры должны образовываться в результате ядерных реакций, в которых задействовано большое количество энергии, равное 10^26 эВ и более. Однако на данный момент человечество не способно преодолеть данный порог, поэтому этот тип объектов имеет лишь теоретическое существование.

Считается, что получить квантовую черную дыру можно в результате столкновения протонов. И если во время процесса выделится много энергии, его результатом станет появление простейшей частицы – максимона. Ее и можно будет считать квантовой черной дырой. Радиус объекта будет примерно 10^-35 м, а масса 10^-5 г, что делает максимон самой тяжелой элементарной частицей.

Сколько черных дыр в нашей галактике?

Галактика Млечный Путь
Галактика Млечный Путь

Обнаружение черных дыр – довольно сложный процесс, требующий долгого наблюдения за космосом и сбора множества данных. Более того, многие подобные объекты остаются незаметными до тех пор, пока не начнут поглощать вещество, находящееся в близлежащем пространстве.

На территории Млечного Пути обнаружено в районе десяти черных дыр, за которыми регулярно ведется наблюдение. Однако внутри галактики могут существовать миллионы подобных небесных тел, причем среди них будут встречаться как небольшие, так и сверхмассивные.

В 2005-ом году была обнаружена неоднородная область, которая постепенно перемещается вокруг центра галактики. Полученные данные указывают на то, что в этом участке Млечного Пути может находиться до 20-ти тысяч черных дыр.

Несколько лет назад японские астрономы открыли объект, расположенный возле Стрельца А*. Его масса равна 100 тыс. солнечным, а диаметр составляет 0,3 световых года. Он также может являться черной дырой.

Самая большая черная дыра

Сравнение размеров самой крупной черной дыры и Солнечной системы (в центре)
Сравнение размеров самой крупной черной дыры и Солнечной системы (в центре)

Самая крупная черная дыра, известная человечеству, носит название FSRQ блазар, находится в галактике S5 0014+81 и выполняет роль ее ядра. Объект отдален от Солнечной системы на 12 млрд световых лет.

Вес небесного тела составляет 40 млрд солнечных масс, а диаметр примерно 0,026 световых лет. Возраст FSRQ блазар равен примерно 12 млрд лет. Это означает, что она появилась всего лишь спустя полтора миллиарда лет с момента появления Вселенной.

Изучив небесное тело, ученые пришли к выводу, что его ресурсов хватит для того, чтобы просуществовать до эпохи черных дыр и стать одним из последних объектов в космосе. Под данной эпохой подразумевается один из сценариев развития будущего Вселенной, когда практически все звезды галактик погаснут, и большинство из них превратится в черные дыры.

Зачем изучают черные дыры, и сколько их открыто?

Первое фото черной дыры, сделанное в 2019-ом году. На нем изображена сверхмассивная черная дыра галактики M87
Первое фото черной дыры, сделанное в 2019-ом году. На нем изображена сверхмассивная черная дыра галактики M87.

Ученые занимаются изучением черных дыр, поскольку множество свойств Вселенной связано с этими объектами. Они служат центрами галактик и способствуют их вращению. Столкновение черных дыр образует гравитационные волны. Отдельный интерес представляет пространство внутри, которое не подчиняется законам физики. Изучение черных дыр позволяет лучше понять принципы устройства космоса.

На данный момент астрономами обнаружено и изучено в районе десяти дыр. Также ведется наблюдение за большим количеством объектов, которые обладают похожими свойствами. Но имеющейся информации недостаточно, чтобы доказать их принадлежность к классу черных дыр.

Что будет, если попасть в черную дыру?

Если человек окажется в черной дыре, то ничего хорошего с ним явно не случится. Когда любой объект проходит через горизонт событий, он оказывается под влиянием сильного гравитационного поля. Из-за этого с одной стороны его начинает сильно растягивать, а с другой – сплющивать. Данный процесс будет продолжаться до тех пор, пока предмет не разделится на атомы и не сольется с сингулярностью.

Изображение космонавта, затягиваемого в черную дыру
Изображение космонавта, затягиваемого в черную дыру

Могут ли черные дыры столкнуться друг с другом?

Столкновение черных дыр
Столкновение черных дыр

Черные дыры могут столкнуться, но для этого требуется, чтобы они оказались на небольшом расстоянии друг от друга. Чаще всего данный процесс можно наблюдать после угасания двойной звезды. Когда оба светила, расположенных на небольшом расстоянии, превращаются в черные дыры, последние начинают сближение и сталкиваются.

Также это явление возможно при слиянии галактик. Во время этого процесса две дыры из разных звездных скоплений могут оказаться рядом и столкнуться. Но такое явление происходит редко, примерно раз в несколько миллиардов лет.

Когда черные дыры сталкиваются друг с другом, начинается процесс слияния, который длится несколько десятков лет. Во время него объекты становятся единым целым, сингулярность внутри них также смешивается. Фактически, после столкновения черных дыр получается одна, но обладающая гораздо большими размерами.

Белые дыры

Изображение белой дыры
Изображение белой дыры

Белая дыра является полной противоположностью черной. Ее главная особенность заключается в том, что за ее горизонт событий невозможно проникнуть. Белые дыры также принято называть “безмассовыми сингулярностями”, поскольку внутри них отсутствует материя, а сами они ничего не весят.

Впервые о данных объектах заговорили в 1970-х годах, и с тех пор астрофизики не оставляют надежд найти хотя бы один в космическом пространстве. На данный момент ученые еще ни разу не наблюдали белые дыры, поэтому их существование обусловлено лишь теоретическими данными.

Если черные поглощают свет и не дают ему выбраться за горизонт событий, то белые наоборот, выбрасывают его в пространство с такой силой, что сквозь излучение невозможно прорваться и оказаться внутри. Если такой объект существует в реальности, то он обладает большой яркостью, во много раз превышающей тот же параметр у звезд.

Также есть несколько причин, указывающих на невозможность существования белых дыр. Во-первых, на протяжении своей “жизни” этот объект должен из сингулярности постепенно формироваться в звезду. Получается, он будет испускать в пространство большое количество энергии, но при этом, также и накапливать ее. Это то же самое, если бы горячий объект нагревал пространство вокруг, но и сам сохранял температуру без посторонней помощи. На данный момент такой процесс считается невозможным. Во-вторых, сингулярность внутри белой дыры должна образоваться самостоятельно, а не появиться в результате угасания звезды. Ее спонтанное формирование также считается маловероятным.

Но во вселенной встречаются и намеки на существование белых дыр. К числу таких можно отнести гамма-всплеск. Это явление, во время которого в пространство излучается большое количество энергии.

Как исчезают черные дыры

Иллюстрация медленного испарения черной дыры
Иллюстрация медленного испарения черной дыры

На данный момент ученые еще ни разу не наблюдали процесс исчезновения черной дыры, поэтому неизвестно, если ли у данного объекта срок существования. Стивен Хокинг выдвинул теорию, в которой попытался объяснить, как может проходить это явление. Оно получило название “испарение черной дыры”.

Суть теории Хокинга строится на появлении виртуальных частиц. Это попарные микроскопические объекты, которые регулярно появляются в вакууме. И если виртуальные частицы образуются на границе горизонта событий, то они разорвутся. Одна полетит к центру черной дыры, а вторая – в сторону от нее. При этом, первая частица будет обладать отрицательной энергией. Это означает, что черная дыра потеряет количество массы, равное ее весу.

И если такая “бомбардировка” будет продолжаться регулярно, то постепенно небесное тело полностью утратит массу и исчезнет. Но данный процесс займет много времени. Однако у данной теории есть противники, поскольку если черная дыра теряет массу при поглощении объекта, утрата должна компенсироваться весом попавшего внутрь вещества.

Почему черная дыра не засасывает галактику

Рендер изображения черной дыры
Рендер изображения черной дыры

Черные дыры, расположенные в центре галактики, постепенно поглощают находящееся вокруг вещество и увеличивают свой объем. Но еще не зарегистрировано ни одного случая, чтобы хотя бы один объект данного типа полностью засосал внутрь себя целое звездное скопление.

Полное поглощение галактики не происходит из-за закона всемирного тяготения и ряда других причин. Черная дыра обладает гравитационным притяжением, но чем дальше от нее находится объект, тем слабее он ощущает на себе его влияние. Также все небесные тела, расположенные в галактике, вращаются по кругу, что замедляет процесс поглощения. Фактически, в этой ситуации черная дыра выступает в роли Солнца, а галактика – это планеты, которые вращаются вокруг него, но на определенном расстоянии.

Если теория “испарения” верна, то она также может объяснить, почему черная дыра не засасывает все вокруг. Впитав достаточно вещества и энергии, она должна такое же количество выбрасывать в пространство. Соответственно, появляется баланс, при котором поглощение прекращается. Некоторые вещества вблизи черной дыры по-прежнему могут затягиваться внутрь, но большая часть галактики не будет ощущать на себе влияние гравитации.

Почему черная дыра не излучает свет

Черные дыры обладают настолько большими массой и гравитацией, что пространство и время внутри них искривляются. Из-за этого ни один объект, пересекший горизонт событий, не способен выбраться наружу, в том числе и свет. Поэтому у черных дыр отсутствует какое-либо излучение.

Источник: kipmu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.