Излучение черной дыры


Самый известный ученый XX века Стивен Хокинг в 1974 году сделал одно из своих самых необычных предсказаний: черные дыры способны полностью испаряться. На протяжении почти 50 лет теория ученого оставалась всего лишь неподтвержденной гипотезой. Однако последние исследования говорят о том, что версия знаменитого исследователя могла быть верной, а самые таинственные объекты во Вселенной действительно могут испаряться.

Что такое черная дыра?

Черная дыра — это гигантская воронка, притягивающая абсолютно все, что встречается на ее пути. Сила притяжения этого невидимого объекта настолько велика, что даже свет не способен покинуть страшные объятия этого космического монстра.

Согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры не являются полностью «черными», а вместо этого фактически испускают частицы. Хокинг считал, что это излучение способно поглотить столько энергии и массы от черных дыр, что может даже заставить их исчезнуть. Несмотря на то, что теория Хокинга долгое время считалась абсолютно недоказуемой, современные исследования смогли показать, что нам слишком рано делать столь поспешные выводы.


Возможно, вам будет интересно: Черная дыра в центре нашей галактики увеличила свою яркость в 75 раз за несколько часов

Однако совсем недавно физики смогли отыскать неуловимое излучение Хокинга и даже воспроизвести его в своей лаборатории. Хотя полученное излучение оказалось слишком слабо, чтобы быть обнаруженным в космосе нашими современными приборами, физики смогли увидеть это излучение в аналоге черной дыры, которую ученые смогли создать в лабораторных условиях.

Что такое антиматерия?

Черные дыры обладают настолько мощной гравитационной силой, что даже мельчайшая частица света — фотон, которая движется со скоростью света, не может убежать из лап этого космического монстра. Хотя вакуум обычно считается пустым, неопределенность квантовой механики показывает, что вакуум изобилует некими виртуальными частицами, которые способны образовать такое экзотическое вещество, как антиматерия. Частицы антиматерии имеют ту же массу, что и их материальные аналоги, но отличаются противоположным электрическим зарядом.

Это интересно: Черная дыра в центре нашей галактики увеличила свою яркость в 75 раз за несколько часов

Считалось, что сразу после появления пары таких гипотетических частиц, они тут же сливаются друг с другом. Однако, как оказалось, рядом с черной дырой экстремальные силы гравитации не заставляют частицы взаимно уничтожаться, а растягивают их в противоположных направлениях, причем одна из частиц поглощается черной дырой, а вторая улетает далеко в космос. Поглощенная в результате подобного процесса частица обладает отрицательной энергией, которая взаимодействует с черной дырой и уменьшает ее энергию и массу. Если черная дыра хорошенько сможет отобедать такими виртуальными частицами, то она отдаст столько энергии, что черный монстр в конечном итоге испарится.

Можно ли создать черную дыру в лабораторных условиях?

Для того, чтобы воссоздать аналог черной дыры в лаборатории Израильского технологического института, физик Джефф Штайнхауэр и его коллеги применили чрезвычайно холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна. Это вещество ученые решили использовать в целях того, чтобы смоделировать горизонт событий — своеобразной границы внутри черной дыры, за пределы которой ничто не может убежать. В проточном потоке этого газа они разместили виртуальную преграду, создав своеобразный «водопад» из газа; когда газ перетекал сквозь искусственный водопад, он превращал потенциальную энергию в кинетическую, в результате начиная двигаться быстрее скорости звука.


Вместо материи и антиматерии, которые взаимодействуют при аналогичном процессе в космосе, исследователи использовали пары квантовых звуковых волн или фононов. На одной из сторон звуковая волна имела возможность двигаться против потока газа, удаляясь от водопада, в то время как фонон на быстрой стороне этого сделать не мог, так как был захвачен смоделированной «черной дырой» из сверхзвукового газа.

Результат эксперимента показал, что теория Стивена Хокинга действительно проливает свет на загадку черных дыр: постепенное поглощение черными дырами частиц Хокинга ведет к рассеиванию галактических монстров.

Таким образом, именно идея самого гениального ученого XX века сможет помочь людям приручить однажды колоссальную энергию самых невероятных объектов Вселенной, сделав человеческую расу настоящими покорителями галактики. А вот уже об этом давайте-ка попробуем порассуждать в нашем Telegram-чате.

Источник: Hi-News.ru

Квазар 3C279 наблюдался с помощью космического телескопа НАСА Fermi-LAT астрофизиком Амитом Шукла, который до 2018 года проводил исследования в Университете Юлиуса Максимилиана (JMU) Вюрцбург в Баварии, Германия. Сейчас он работает в Индийском технологическом институте в Индоре. Ученый обнаружил, что ядро ​​струи, обнаруженное в миллиметровом диапазоне длин волн, также испускает высокоэнергетическое гамма-излучение, но с чрезвычайно мерцающей яркостью. 


Особый характер последовательности изменений яркости характерен для универсального процесса, магнитного пересоединения, которое происходит во многих астрофизических объектах с сильными магнитными полями. Солнечная активность также связана с динамикой магнитных полей и пересоединением. Это было недавно продемонстрировано при наблюдении за «кострами» в солнечной атмосфере с помощью миссии «Solar Orbiter» Европейского космического агентства ESA.

Но вернемся к квазару 3C279.

Центр квазара 3C279 испускает мерцающее гамма-излучение, характерное для явления магнитного пересоединения. (Изображение: Амит Шукла / Индийский технологический институт, Индор)

Во время повторного соединения энергия, которая изначально незримо хранится в магнитном поле, внезапно высвобождается в виде многочисленных «мини-джетов». В этих лучах ускоряются частицы, которые затем производят наблюдаемое гамма-излучение. Магнитное пересоединение могло бы объяснить, как энергия достигает ядра джета из черной дыры и откуда она в конечном итоге исходит.


Профессор Карл Мангейм, глава кафедры астрономии JMU и соавтор публикации, объясняет: «Пространство-время около черной дыры в квазаре 3C279 вынуждено вращаться в коротации (по радиусу синхронного вращения). Магнитные поля, прикрепленные к плазме вокруг черной дыры, изгоняют струю, замедляя вращение черной дыры и преобразовывая часть ее вращательной энергии в излучение».

Читайте также

Выяснилось, какая погода была на древнем Марсе

Создан способ искоренить паразитов, перекрыв все пути их метаболизма

IBM представила самый мощный квантовый компьютер

Источник: hightech.fm

История возникновения вопроса

Задолго до публикаций работ Стивена Хокинга, возмож&#.
86;м Владимиром Грибовым в дискуссии с другим ученым — Яковом Зельдовичем.

Занимаясь исследованием поведения элементарных частиц вблизи черной дыры, в 1973-м году тридцатилетний Стивен Хокинг посетил Москву.
1042; столице ему удалось принять участие в научном обсуждении с двумя выдающимися советскими учеными  Алексеем Старобинским и Яковом Зельдовичем. Работая некоторое время над идеей Грибова, они пришли к выводу, ч&#.
091;. Последний означает существование вероятности того, что частица может преодолеть любой барьер, с точки зрения квантовой физики. Заинтересовавшись данной темой, Хоl.
86;й его именем было названо упомянутое излучение.

Стивен Хокинг несколько иначе описал процесс излучения частиц черной дырой. Первопричиной такого излучения являются так называемые «виртуальные частицы».

Виртуальные частицы


В процессе описания взаимодействий между частицами ученые пришли к мысли о том, что взаимодействия между ними происходят посредством обмена некими квантами («порции» какой-либо физической величины). Например, электромагнитное взаимодействие в атоме между электроном и протоном протекает при помощи обмена фотонами (переносчиками электромагнитного взаимодействия).

Однако тогда возникает следующая проблема. Если, рассмотреть этот электрон как свободную частицу, то он никоим образом не может просто излучить или поглотить фотон, согласно принципу сохранения энергии. То есть он не может просто потерять или приобрести какое-то количество энергии. Тогда ученые и создали так называемые «виртуальные частицы». Последние отличаются от реальных тем, что рождаются и исчезают так быстро, что зарегистрировать их невозможно. Все, что виртуальные частицы успевают сделать за короткий промежуток своей жизни – это передать импульс другим частицам, при этом, не передавая энергию.

Таким образом, даже пустое пространство, в силу неких физических флуктуаций (случайных отклонений от нормы) просто кишит этими виртуальными частицами, которые постоянно рождаются и уничтожаются.

Излучение Хокинга

В отличие от советских физиков, описание излучения Стивеном Хокингом основывается на абстрактных, виртуальных частицах, которые являются неотъемлемой частью квантовой теории поля. Британский физик-теоретик рассматривает спонтанное возникновение этих виртуальных частиц на горизонте событий черной дыры. В таком случае мощное гравитационное поле черной дыры способно «растащить» виртуальные частицы еще до момента их уничтожения, тем самым превратив их в реальные. Подобные процессы экспериментально наблюдаются на синхрофазотронах, где ученым удается растаскивать эти частицы, при этом затрачивая некоторое количество энергии.

С точки зрения физики, возникновение реальных частиц, имеющих массу, спин, энергию и прочие характеристики, в пустом пространстве «из ничего» противоречит закону сохранения энергии, а значит просто невозможно. Поэтому для «превращения» виртуальных частиц в реальные потребуется энергия, не меньше, чем суммарная масса этих двух частиц, согласно известному закону E=mc2. Такой запас энергии затрачивает и черная дыра на то, чтобы растащить виртуальные частицы на горизонте событий.

В результате процесса растаскивания одна из частиц, находящаяся ближе к горизонту событий или даже под ним, «превращается» в реальную, и направляется в сторону черной дыры. Другая же, в обратном направлении отправляется в свободное плаванье по космическому пространству. Проведя математические подсчеты, можно убедиться в том, что даже, несмотря на полученную энергию (массу) от частицы, упавшей на поверхность черный дыры, энергия, потраченная черной дырой на процесс растаскивания — отрицательная. То есть, в конечном счете, в результате описанного процесса, черная дыра лишь утратила некоторый запас энергии, который, причем, в точности равен энергии (массе), которой обладает улетевшая «наружу» частица.

Таким образом, согласно описанной теории, черная дыра хоть и не излучает никаких частиц, но способствует такому процессу и теряет эквивалентную энергию. Следуя уже упомянутому закону Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии, становится ясно, что черной дыре неоткуда брать энергию, кроме как из собственной массы.

Подводя итог всего вышеописанного, можно сказать, что черная дыра излучает частицу и при этом теряет некоторую массу. Последний процесс был назван как «испарение черной дыры». Исходя из теории об излучении Хокинга, можно догадаться, что спустя некоторое время, хотя и очень длительное (триллионы лет), черные дыры просто испарятся.

Интересные факты

  • Многие люди опасаются, что на Большом Адронном Коллайдере (БАК) могут образоваться черные дыры, и, вероятно, привнести угрозу в жизнь землян. Рождение черных дыр на БАК возможно только в случае существования дополнительных измерений пространства-времени и наличия мощного гравитационного взаимодействия на малых расстояниях. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра мгновенно испарится за счет излучения Хокинга.
  • На основе излучения Хокинга может работать сингулярный реактор или коллапсарный реактор – гипотетическое устройство, порождающее микроскопические черные дыры. Энергия излучения, образованного в результате их испарения, и будет основным источником энергии реактора.
  • Опубликовав свою работу по излучению черных дыр, Стивен Хокинг поспорил с другим известным ученым – Кипом Торном. Предметом спора стала природа объекта, претендующего на звание черной дыры, под названием Лебедь Х-1. Несмотря на то, что работа Хокинга основывалась на предположении о существовании черных дыр, он утверждал, что Лебедь Х-1 не является черной дырой. Примечательно, что в качестве ставок выступали подписки на журналы. Ставка Торна представлялась в виде 4-хгодовой подписки на сатирический журнал «Private eye», тогда как ставка Хокинга – годовая подписка на эротический журнал «Пентхауз». Логику своего утверждения в споре, Стивен аргументировал следующим: «даже если я окажусь не прав, утверждая о существовании черных дыр, то хоть выиграю подписку на журнал»

Излучение черной дыры

Источник: SpaceGid.com


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.