Ang mga black hole ay isa sa mga pinakakahanga-hanga at kasabay na nakakatakot na mga bagay sa ating Uniberso. Bumangon sila sa sandaling ang mga bituin na may malaking masa ay naubusan ng nuclear fuel. Huminto ang mga reaksyong nuklear at nagsimulang lumamig ang mga bituin. Ang katawan ng isang bituin ay nagkontrata sa ilalim ng impluwensya ng grabidad at unti-unting nagsisimula itong makaakit ng mas maliliit na bagay patungo sa sarili nito, na nagiging isang black hole.

Unang pag-aaral

Ang mga luminaries ng agham ay nagsimulang mag-aral ng mga black hole hindi pa katagal, sa kabila ng katotohanan na ang mga pangunahing konsepto ng kanilang pag-iral ay binuo noong huling siglo. Ang mismong konsepto ng isang "black hole" ay ipinakilala noong 1967 ni J. Wheeler, bagaman ang konklusyon na ang mga bagay na ito ay hindi maaaring hindi lumabas sa panahon ng pagbagsak ng napakalaking bituin ay ginawa noong 30s ng huling siglo. Lahat ng nasa loob ng black hole - mga asteroid, ilaw, mga kometa na hinihigop nito - minsan ay lumapit nang napakalapit sa mga hangganan ng misteryosong bagay na ito at nabigong umalis sa kanila.

Mga hangganan ng black hole

Ang una sa mga hangganan ng isang black hole ay tinatawag na static na limitasyon. Ito ang hangganan ng rehiyon, na bumabagsak kung saan ang isang dayuhang bagay ay hindi na mapapahinga at nagsisimulang umikot kaugnay sa black hole upang maiwasang mahulog dito. Ang pangalawang hangganan ay tinatawag na horizon ng kaganapan. Ang lahat sa loob ng black hole ay minsang dumaan sa panlabas na hangganan nito at lumipat patungo sa punto ng singularity. Ayon sa mga siyentipiko, dito ang sangkap ay dumadaloy sa gitnang puntong ito, ang density nito ay may posibilidad na ang halaga ng infinity. Hindi alam ng mga tao kung anong mga batas ng pisika ang nagpapatakbo sa loob ng mga bagay na may tulad na densidad, at samakatuwid ay imposibleng ilarawan ang mga katangian ng lugar na ito. Sa literal na kahulugan ng salita, ito ay isang "black hole" (o, marahil, isang "puwang") sa kaalaman ng sangkatauhan tungkol sa mundo sa paligid.

Ang istraktura ng mga black hole

Ang abot-tanaw ng kaganapan ay ang hindi magugupo na hangganan ng isang black hole. Sa loob ng hangganan na ito ay may isang zone na kahit na ang mga bagay na ang bilis ng paggalaw ay katumbas ng bilis ng liwanag ay hindi maaaring umalis. Kahit na ang quanta ng liwanag mismo ay hindi maaaring umalis sa abot-tanaw ng kaganapan. Sa puntong ito, walang bagay na makakatakas mula sa black hole. Sa pamamagitan ng kahulugan, hindi natin malalaman kung ano ang nasa loob ng isang itim na butas - pagkatapos ng lahat, sa kalaliman nito ay mayroong isang tinatawag na punto ng singularity, na nabuo dahil sa pangwakas na pag-compress ng bagay. Sa sandaling pumasok ang isang bagay sa horizon ng kaganapan, mula sa puntong iyon ay hindi na ito makakalabas muli at makikita ng mga nagmamasid. Sa kabilang banda, hindi nakikita ng mga nasa loob ng black hole ang anumang nangyayari sa labas.

Ang laki ng horizon ng kaganapan na nakapalibot sa mahiwagang bagay na kosmiko ay palaging direktang proporsyonal sa bigat ng mismong butas. Kung ang masa nito ay nadoble, ang panlabas na hangganan ay magiging doble din ang laki. Kung makakahanap ang mga siyentipiko ng paraan upang gawing black hole ang Earth, magiging 2 cm lamang ang horizon ng kaganapan.

Mga pangunahing kategorya

Bilang isang patakaran, ang masa ng average na black hole ay humigit-kumulang katumbas ng tatlong solar mass o higit pa. Sa dalawang uri ng black hole, ang mga stellar at supermassive ay nakikilala. Ang kanilang masa ay lumampas sa masa ng Araw ng ilang daang libong beses. Ang mga bituin ay nabuo pagkatapos ng pagkamatay ng malalaking kalangitan. Lumilitaw ang ordinaryong-mass black hole pagkatapos makumpleto ikot ng buhay malalaking bituin. Ang parehong uri ng black hole, sa kabila ng magkaibang pinagmulan, ay may magkatulad na katangian. Matatagpuan ang napakalaking black hole sa mga sentro ng mga kalawakan. Iminumungkahi ng mga siyentipiko na sila ay nabuo sa panahon ng pagbuo ng mga kalawakan dahil sa pagsasanib ng malapit na katabing mga bituin. Gayunpaman, ang mga ito ay hula lamang, hindi kinumpirma ng mga katotohanan.

Ano ang nasa loob ng black hole: haka-haka

Ang ilang mga mathematician ay naniniwala na sa loob ng mga mahiwagang bagay na ito ng Uniberso ay may tinatawag na mga wormhole - mga paglipat sa iba pang mga Uniberso. Sa madaling salita, ang isang space-time tunnel ay matatagpuan sa singularity point. Ang konseptong ito ay nagsilbi sa maraming manunulat at direktor. Gayunpaman, ang karamihan sa mga astronomo ay naniniwala na walang mga lagusan sa pagitan ng mga uniberso. Gayunpaman, kahit na sila talaga, walang paraan para malaman ng isang tao kung ano ang nasa loob ng black hole.

May isa pang konsepto, ayon sa kung saan mayroong isang puting butas sa kabilang dulo ng naturang lagusan, kung saan nagmumula ang napakalaking dami ng enerhiya mula sa ating Uniberso patungo sa ibang mundo sa pamamagitan ng mga black hole. Gayunpaman, sa yugtong ito ng pag-unlad ng agham at teknolohiya, ang paglalakbay sa ganitong uri ay wala sa tanong.

Koneksyon sa teorya ng relativity

Ang mga black hole ay isa sa mga pinakakahanga-hangang hula ni A. Einstein. Ito ay kilala na ang gravitational force na nilikha sa ibabaw ng anumang planeta ay inversely proportional sa square ng radius nito at direktang proporsyonal sa masa nito. Para sa celestial body na ito, maaari mong tukuyin ang konsepto ng pangalawang cosmic velocity, na kinakailangan upang madaig ang gravitational force na ito. Para sa Earth ito ay katumbas ng 11 km/sec. Kung ang mass ng celestial body ay tumataas, at ang diameter, sa kabaligtaran, ay bumababa, kung gayon ang pangalawang cosmic velocity ay maaaring lumampas sa bilis ng liwanag. At dahil, ayon sa teorya ng relativity, walang bagay ang maaaring gumalaw mas mabilis na bilis liwanag, pagkatapos ay nabuo ang isang bagay na hindi pinapayagan ang anumang bagay na lumampas sa mga limitasyon nito.

Noong 1963, natuklasan ng mga siyentipiko ang mga quasar - mga bagay sa kalawakan na higanteng pinagmumulan ng paglabas ng radyo. Ang mga ito ay matatagpuan napakalayo mula sa ating kalawakan - ang kanilang kalayuan ay bilyun-bilyong light years mula sa Earth. Upang ipaliwanag ang napakataas na aktibidad ng mga quasar, ipinakilala ng mga siyentipiko ang hypothesis na ang mga black hole ay matatagpuan sa loob ng mga ito. Ang pananaw na ito ay karaniwang tinatanggap na ngayon sa mga siyentipikong lupon. Ang mga pag-aaral na isinagawa sa nakalipas na 50 taon ay hindi lamang nakumpirma ang hypothesis na ito, ngunit humantong din sa mga siyentipiko sa konklusyon na may mga black hole sa gitna ng bawat kalawakan. Mayroon ding ganoong bagay sa gitna ng ating kalawakan, ang masa nito ay 4 na milyong solar masa. Ang black hole na ito ay tinatawag na Sagittarius A, at dahil ito ang pinakamalapit sa atin, ito ang pinaka pinag-aralan ng mga astronomo.

Hawking radiation

Ang ganitong uri ng radiation, na natuklasan ng sikat na physicist na si Stephen Hawking, ay lubos na nagpapalubha sa buhay ng mga modernong siyentipiko - dahil sa pagtuklas na ito, maraming mga paghihirap ang lumitaw sa teorya ng mga black hole. Sa klasikal na pisika mayroong konsepto ng vacuum. Ang salitang ito ay nagpapahiwatig ng kumpletong kahungkagan at ang kawalan ng bagay. Gayunpaman, sa pag-unlad ng quantum physics, ang konsepto ng vacuum ay nabago. Natuklasan ng mga siyentipiko na ito ay puno ng tinatawag na mga virtual na particle - sa ilalim ng impluwensya ng isang malakas na larangan, maaari silang maging tunay. Noong 1974, nalaman ni Hawking na ang ganitong mga pagbabago ay maaaring mangyari sa malakas na gravitational field ng isang black hole - malapit sa panlabas na hangganan nito, ang event horizon. Ang ganitong kapanganakan ay ipinares - lumilitaw ang isang butil at isang antiparticle. Bilang isang tuntunin, ang antiparticle ay tiyak na mahulog sa black hole, at ang butil ay lilipad. Bilang resulta, naobserbahan ng mga siyentipiko ang ilang radiation sa paligid ng mga bagay na ito sa kalawakan. Ito ay tinatawag na Hawking radiation.

Sa panahon ng radiation na ito, ang bagay sa loob ng black hole ay dahan-dahang sumingaw. Ang butas ay nawawalan ng masa, habang ang intensity ng radiation ay inversely proportional sa parisukat ng masa nito. Ang intensity ng Hawking radiation ay bale-wala sa pamamagitan ng cosmic standards. Kung ipagpalagay natin na mayroong isang butas na may bigat na 10 araw, at walang liwanag o anumang materyal na bagay ang nahuhulog dito, kung gayon kahit na sa kasong ito ang oras para sa pagkabulok nito ay magiging napakatagal. Ang buhay ng naturang butas ay lalampas sa buong buhay ng ating Uniberso ng 65 order ng magnitude.

Ang tanong ng pag-save ng impormasyon

Ang isa sa mga pangunahing problema na lumitaw pagkatapos ng pagtuklas ng Hawking radiation ay ang problema ng pagkawala ng impormasyon. Ito ay konektado sa isang tanong na tila napakasimple sa unang tingin: ano ang mangyayari kapag ang black hole ay ganap na sumingaw? Ang parehong mga teorya - parehong quantum physics at klasikal - ay tumatalakay sa paglalarawan ng estado ng sistema. Ang pagkakaroon ng impormasyon tungkol sa paunang estado ng sistema, sa tulong ng teorya ay posibleng ilarawan kung paano ito magbabago.

Kasabay nito, sa proseso ng ebolusyon, ang impormasyon tungkol sa paunang estado ay hindi nawala - isang uri ng batas sa pag-iingat ng impormasyon ay nagpapatakbo. Ngunit kung ang itim na butas ay ganap na sumingaw, kung gayon ang tagamasid ay mawawalan ng impormasyon tungkol sa bahaging iyon ng pisikal na mundo na dating nahulog sa butas. Naniniwala si Stephen Hawking na ang impormasyon tungkol sa paunang estado ng system ay naibalik sa anumang paraan pagkatapos na ganap na sumingaw ang black hole. Ngunit ang kahirapan ay nakasalalay sa katotohanan na, sa pamamagitan ng kahulugan, ang paghahatid ng impormasyon mula sa isang black hole ay imposible - walang maaaring umalis sa abot-tanaw ng kaganapan.

Ano ang mangyayari kung mahulog ka sa isang black hole?

Ito ay pinaniniwalaan na kung sa ilang hindi kapani-paniwalang paraan ang isang tao ay maaaring makarating sa ibabaw ng isang itim na butas, pagkatapos ay agad itong magsisimulang i-drag siya sa direksyon mismo. Sa kalaunan, ang tao ay mag-uunat nang labis na sila ay magiging isang stream ng mga subatomic na particle na lumilipat patungo sa punto ng singularity. Siyempre, imposibleng patunayan ang hypothesis na ito, dahil malamang na hindi alam ng mga siyentipiko kung ano ang nangyayari sa loob ng mga black hole. Ngayon ang ilang mga physicist ay nagsasabi na kung ang isang tao ay nahulog sa isang black hole, pagkatapos ay magkakaroon siya ng isang clone. Ang una sa kanyang mga bersyon ay agad na mawawasak ng isang stream ng mainit na particle ng Hawking radiation, at ang pangalawa ay dadaan sa abot-tanaw ng kaganapan nang walang posibilidad na bumalik.

Ang mga black hole - marahil ang pinakamisteryoso at misteryosong mga bagay na pang-astronomiya sa ating Uniberso, ay nakakuha ng atensyon ng mga pantas at napukaw ang imahinasyon ng mga manunulat ng science fiction mula noong kanilang natuklasan. Ano ang mga black hole at ano ang hitsura nito? Ang mga itim na butas ay pinapatay na mga bituin, dahil sa kanilang mga pisikal na katangian, na may napakataas na density at napakalakas na gravity na kahit na ang liwanag ay hindi makatakas mula sa kanila.

Ang kasaysayan ng pagtuklas ng mga black hole

Sa unang pagkakataon, ang teoretikal na pag-iral ng mga black hole, bago pa man ang aktwal na pagtuklas nito, ay iminungkahi ng isang tao na si D. Michel (isang Ingles na pari mula sa Yorkshire, na mahilig sa astronomiya sa kanyang paglilibang) noong 1783. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, kung kukunin natin ang sa amin at i-compress ito (sa modernong wika ng computer, i-archive ito) sa isang radius na 3 km, ang isang malaking (napakalaking) gravitational force ay nabuo na kahit na ang liwanag ay hindi maaaring umalis dito. Ito ay kung paano lumitaw ang konsepto ng isang "itim na butas", bagaman sa katunayan ito ay hindi itim, sa aming opinyon, ang terminong "madilim na butas" ay magiging mas angkop, dahil ito ay tiyak na ang kawalan ng liwanag na nagaganap.

Nang maglaon, noong 1918, ang mahusay na siyentipiko na si Albert Einstein ay sumulat tungkol sa isyu ng mga black hole sa konteksto ng teorya ng relativity. Ngunit noong 1967 lamang, sa pamamagitan ng pagsisikap ng American astrophysicist na si John Wheeler, ang konsepto ng black hole sa wakas ay nanalo ng lugar sa mga akademikong bilog.

Magkagayunman, kapwa sina D. Michel, at Albert Einstein, at John Wheeler sa kanilang mga gawa ay ipinapalagay lamang ang teoretikal na pag-iral ng mga mahiwagang bagay na ito sa kalawakan, gayunpaman, ang tunay na pagtuklas ng mga black hole ay naganap noong 1971, ito ay pagkatapos na sila ay unang napansin sa kalawakan.teleskopyo.

Ito ang hitsura ng isang black hole.

Paano nabubuo ang mga black hole sa kalawakan?

Tulad ng alam natin mula sa astrophysics, lahat ng mga bituin (kabilang ang ating Araw) ay may ilang limitadong dami ng gasolina. At kahit na ang buhay ng isang bituin ay maaaring tumagal ng bilyun-bilyong light years, sa malao't madali ang kondisyong supply ng gasolina ay magtatapos, at ang bituin ay "lumabas". Ang proseso ng "pagkawala" ng isang bituin ay sinamahan ng matinding reaksyon, kung saan ang bituin ay sumasailalim sa isang makabuluhang pagbabago at, depende sa laki nito, ay maaaring maging isang puting dwarf, isang neutron star, o isang black hole. Bukod dito, ang pinakamalaking mga bituin, na may hindi kapani-paniwalang kahanga-hangang mga sukat, ay kadalasang nagiging isang itim na butas - dahil sa compression ng mga pinaka-hindi kapani-paniwalang laki, isang maramihang pagtaas sa masa at gravitational na puwersa ng bagong nabuo na black hole ay nangyayari, na nagiging isang uri ng galactic vacuum cleaner - sinisipsip ang lahat at lahat ng bagay sa paligid nito.

Isang itim na butas ang nilamon ng bituin.

Ang isang maliit na tala - ang ating Araw, ayon sa mga pamantayan ng galactic, ay hindi isang malaking bituin, at pagkatapos ng pagkupas, na magaganap sa halos ilang bilyong taon, malamang na hindi ito magiging isang black hole.

Ngunit maging tapat tayo sa iyo - ngayon, hindi pa rin alam ng mga siyentipiko ang lahat ng mga intricacies ng pagbuo ng isang black hole, walang alinlangan, ito ay isang lubhang kumplikadong proseso ng astrophysical, na kung saan mismo ay maaaring tumagal ng milyun-milyong light years. Bagaman posible na sumulong sa direksyon na ito, ang pagtuklas at kasunod na pag-aaral ng tinatawag na intermediate black hole, iyon ay, mga bituin na nasa isang estado ng pagkalipol, kung saan ang aktibong proseso ng pagbuo ng isang black hole ay nagaganap, maaari. Sa pamamagitan ng paraan, ang isang katulad na bituin ay natuklasan ng mga astronomo noong 2014 sa braso ng isang spiral galaxy.

Gaano karaming mga black hole ang umiiral sa uniberso

Ayon sa mga teorya ng mga modernong siyentipiko, maaaring mayroong hanggang daan-daang milyong black hole sa ating Milky Way galaxy. Maaaring walang mas kaunti sa kanila sa kalawakan sa tabi natin, kung saan walang lipad mula sa ating Milky Way - 2.5 milyong light years.

Teorya ng black hole

Sa kabila ng napakalaking masa (na daan-daang libong beses na mas malaki kaysa sa masa ng ating Araw) at ang hindi kapani-paniwalang lakas ng grabidad, hindi madaling makakita ng mga black hole sa pamamagitan ng teleskopyo, dahil hindi sila naglalabas ng liwanag. Napansin ng mga siyentipiko ang isang itim na butas lamang sa sandali ng "pagkain" nito - ang pagsipsip ng isa pang bituin, sa sandaling ito ay lumilitaw ang isang katangian ng radiation, na maaari nang maobserbahan. Kaya, natagpuan ng teorya ng black hole ang aktwal na kumpirmasyon.

Mga katangian ng black hole

Ang pangunahing pag-aari ng isang black hole ay ang hindi kapani-paniwalang mga patlang ng gravitational, na hindi pinapayagan ang nakapalibot na espasyo at oras na manatili sa kanilang karaniwang estado. Oo, tama ang iyong narinig, ang oras sa loob ng isang black hole ay dumadaloy nang maraming beses na mas mabagal kaysa sa karaniwan, at kung naroon ka, pagkatapos ay babalik (kung ikaw ay napakaswerte, siyempre) ay mabigla kang mapansin na lumipas na ang mga siglo sa Earth, at hindi ka man lang tatanda ng oras. Bagama't maging tapat tayo, kung nasa loob ka ng isang black hole, halos hindi ka makakaligtas, dahil ang puwersa ng gravitational doon ay ang anumang materyal na bagay ay basta na lang mapupunit, hindi kahit sa mga bahagi, sa mga atomo.

Ngunit kung malapit ka man lang sa isang black hole, sa loob ng limitasyon ng gravitational field nito, mahihirapan ka rin, dahil habang nilalabanan mo ang gravity nito, sinusubukan mong lumipad palayo, mas mabilis kang mahuhulog dito. Ang dahilan para sa tila kabalintunaan na ito ay ang gravitational vortex field, na taglay ng lahat ng black hole.

Paano kung mahulog ang isang tao sa black hole

Pagsingaw ng mga black hole

Natuklasan ng Ingles na astronomo na si S. Hawking ang isang kawili-wiling katotohanan: ang mga itim na butas din, lumalabas, ay naglalabas ng pagsingaw. Totoo, nalalapat lamang ito sa mga butas ng medyo maliit na masa. Ang malakas na gravity sa kanilang paligid ay lumilikha ng mga pares ng mga particle at antiparticle, ang isa sa mga pares ay hinihila papasok ng butas, at ang pangalawa ay ibinubuga palabas. Kaya, ang isang black hole ay naglalabas ng matitigas na antiparticle at gamma ray. Ang evaporation o radiation na ito mula sa black hole ay pinangalanan sa scientist na nakatuklas nito - "Hawking radiation".

Ang pinakamalaking black hole

Ayon sa teorya ng mga itim na butas, sa gitna ng halos lahat ng mga kalawakan ay may malalaking itim na butas na may masa mula sa ilang milyon hanggang ilang bilyong solar masa. At kamakailan lamang, natuklasan ng mga siyentipiko ang dalawang pinakamalaking black hole na kilala hanggang ngayon, ang mga ito ay nasa dalawang kalapit na kalawakan: NGC 3842 at NGC 4849.

Ang NGC 3842 ay ang pinakamaliwanag na kalawakan sa konstelasyon na Leo, na matatagpuan sa layong 320 milyong light-years mula sa atin. Sa gitna nito ay may malaking black hole na may mass na 9.7 billion solar mass.

Ang NGC 4849 ay isang kalawakan sa kumpol ng Coma, 335 milyong light-years ang layo, na ipinagmamalaki ang kahanga-hangang black hole.

Ang mga zone ng pagkilos ng gravitational field ng mga higanteng black hole na ito, o sa akademikong termino, ang kanilang event horizon, ay humigit-kumulang 5 beses ang layo mula sa Araw hanggang! Kakainin ng ganyang black hole ang ating solar system at hindi man lang kumikibo.

Ang pinakamaliit na black hole

Ngunit may napakaliit na mga kinatawan sa malawak na pamilya ng mga black hole. Kaya ang pinaka dwarf black hole na natuklasan ng mga siyentipiko kasalukuyan ang masa nito ay 3 beses lamang ang masa ng ating Araw. Sa katunayan, ito ang teoretikal na minimum na kinakailangan para sa pagbuo ng isang itim na butas, kung ang bituin ay medyo maliit, ang butas ay hindi nabuo.

Ang mga black hole ay mga cannibal

Oo, mayroong ganoong kababalaghan, tulad ng isinulat namin sa itaas, ang mga black hole ay isang uri ng "galactic vacuum cleaners" na sumisipsip ng lahat ng bagay sa kanilang paligid, kabilang ang ... iba pang mga black hole. Kamakailan, natuklasan ng mga astronomo na ang isang black hole mula sa isang kalawakan ay kinakain ng isa pang malaking itim na matakaw mula sa ibang kalawakan.

• Ayon sa mga hypotheses ng ilang mga siyentipiko, ang mga black hole ay hindi lamang mga galactic vacuum cleaner na sumisipsip ng lahat sa kanilang sarili, ngunit sa ilalim ng ilang mga pangyayari sila mismo ay maaaring makabuo ng mga bagong uniberso.
• Ang mga itim na butas ay maaaring sumingaw sa paglipas ng panahon. Isinulat namin sa itaas na natuklasan ng Ingles na siyentipiko na si Stephen Hawking na ang mga itim na butas ay may pag-aari ng radiation at pagkatapos ng ilang napakahabang panahon, kapag walang anumang bagay na sumisipsip sa paligid, ang itim na butas ay magsisimulang sumingaw, hanggang sa kalaunan ibinibigay ang lahat ng masa nito sa nakapalibot na kalawakan. Bagaman ito ay isang palagay lamang, isang hypothesis.
• Ang mga black hole ay nagpapabagal sa oras at lumiliko ang espasyo. Naisulat na namin ang tungkol sa pagluwang ng oras, ngunit ang espasyo sa mga kondisyon ng isang black hole ay ganap na hubog.
• Nililimitahan ng mga black hole ang bilang ng mga bituin sa uniberso. Lalo na, pinipigilan ng kanilang mga gravitational field ang paglamig ng mga ulap ng gas sa kalawakan, kung saan, tulad ng alam mo, ipinanganak ang mga bagong bituin.

Black holes sa Discovery Channel, video

At sa konklusyon, nag-aalok kami sa iyo ng isang kawili-wiling pang-agham na dokumentaryo tungkol sa mga black hole mula sa Discovery channel.

Dahil sa kamakailang pagtaas ng interes sa paggawa ng mga sikat na pelikulang pang-agham tungkol sa paggalugad sa kalawakan, marami nang narinig ang modernong manonood tungkol sa mga phenomena gaya ng singularity, o black hole. Gayunpaman, malinaw na hindi ibinubunyag ng mga pelikula ang buong katangian ng mga hindi pangkaraniwang bagay na ito, at kung minsan ay binabaluktot pa ang itinayo. mga teoryang siyentipiko para sa higit na kahusayan. Para sa kadahilanang ito, ang pagtatanghal ng marami modernong tao tungkol sa mga phenomena na ito alinman sa ganap na mababaw, o ganap na mali. Ang isa sa mga solusyon sa problemang lumitaw ay ang artikulong ito, kung saan susubukan naming maunawaan ang umiiral na mga resulta ng pananaliksik at sagutin ang tanong - ano ang black hole?

Noong 1784, unang binanggit ng English priest at naturalist na si John Michell sa isang liham sa Royal Society ang isang hypothetical na napakalaking katawan na may napakalakas na gravitational attraction na ang pangalawang cosmic velocity para dito ay lalampas sa bilis ng liwanag. Ang pangalawang cosmic velocity ay ang bilis na kakailanganin ng isang medyo maliit na bagay upang madaig ang gravitational attraction ng isang celestial body at umalis sa saradong orbit sa paligid ng katawan na ito. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, ang isang katawan na may density ng Araw at may radius na 500 solar radii ay magkakaroon sa ibabaw nito ng pangalawang cosmic velocity na katumbas ng bilis ng liwanag. Sa kasong ito, kahit na ang liwanag ay hindi umalis sa ibabaw ng naturang katawan, at samakatuwid ang katawan na ito ay sumisipsip lamang ng papasok na liwanag at mananatiling hindi nakikita ng nagmamasid - isang uri ng itim na lugar laban sa background ng madilim na espasyo.

Gayunpaman, ang konsepto ng isang napakalaking katawan na iminungkahi ni Michell ay hindi nakakaakit malaking interes hanggang sa gawain ni Einstein. Alalahanin na tinukoy ng huli ang bilis ng liwanag bilang ang paglilimita sa bilis ng paglilipat ng impormasyon. Bilang karagdagan, pinalawak ni Einstein ang teorya ng gravity para sa mga bilis na malapit sa bilis ng liwanag (). Bilang resulta, hindi na nauugnay na ilapat ang teoryang Newtonian sa mga black hole.

Ang equation ni Einstein

Bilang resulta ng paglalapat ng pangkalahatang relativity sa mga black hole at paglutas ng mga equation ni Einstein, ang mga pangunahing parameter ng isang black hole ay ipinahayag, kung saan mayroon lamang tatlo: mass, electric charge, at angular momentum. Dapat pansinin ang makabuluhang kontribusyon ng Indian astrophysicist na si Subramanyan Chandrasekhar, na lumikha ng isang pangunahing monograph: "The Mathematical Theory of Black Holes".

Kaya, ang solusyon ng mga equation ng Einstein ay kinakatawan ng apat na opsyon para sa apat posibleng mga uri black hole:

• Ang isang itim na butas na walang pag-ikot at walang bayad ay ang solusyon ng Schwarzschild. Isa sa mga unang paglalarawan ng isang black hole (1916) gamit ang mga equation ni Einstein, ngunit nang hindi isinasaalang-alang ang dalawa sa tatlong mga parameter ng katawan. Ang solusyon ng German physicist na si Karl Schwarzschild ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang panlabas na gravitational field ng isang spherical na napakalaking katawan. Ang isang tampok ng konsepto ng German scientist ng black hole ay ang pagkakaroon ng isang event horizon at ang nasa likod nito. Una ring kinakalkula ni Schwarzschild ang gravitational radius, na tumanggap ng kanyang pangalan, na tumutukoy sa radius ng globo kung saan matatagpuan ang horizon ng kaganapan para sa isang katawan na may isang tiyak na masa.
• Ang isang black hole na walang pag-ikot na may bayad ay ang Reisner-Nordström solution. Isang solusyon na iniharap noong 1916-1918, na isinasaalang-alang ang posibleng electric charge ng isang black hole. Ang singil na ito ay hindi maaaring basta-basta malaki at limitado dahil sa nagreresultang de-koryenteng repulsion. Ang huli ay dapat mabayaran ng gravitational attraction.
• Isang itim na butas na may pag-ikot at walang bayad - solusyon ni Kerr (1963). Ang umiikot na itim na butas ng Kerr ay naiiba sa isang static na butas sa pamamagitan ng pagkakaroon ng tinatawag na ergosphere (magbasa nang higit pa tungkol dito at sa iba pang bahagi ng isang black hole).
• BH na may rotation at charge - Kerr-Newman solution. Ang solusyon na ito ay kinakalkula noong 1965 at kasalukuyang pinakakumpleto, dahil isinasaalang-alang nito ang lahat ng tatlong mga parameter ng BH. Gayunpaman, ipinapalagay pa rin na ang mga itim na butas sa kalikasan ay may hindi gaanong halaga.

Ang pagbuo ng isang black hole

Mayroong ilang mga teorya tungkol sa kung paano nabuo at lumilitaw ang isang itim na butas, ang pinakasikat na kung saan ay ang paglitaw ng isang bituin na may sapat na masa bilang resulta ng pagbagsak ng gravitational. Ang ganitong compression ay maaaring wakasan ang ebolusyon ng mga bituin na may mass na higit sa tatlong solar mass. Sa pagkumpleto ng mga thermonuclear na reaksyon sa loob ng naturang mga bituin, nagsisimula silang mabilis na lumiit sa isang superdense. Kung ang presyon ng gas ng isang neutron star ay hindi makabawi para sa mga puwersa ng gravitational, iyon ay, ang masa ng bituin ay nagtagumpay sa tinatawag na. Oppenheimer-Volkov na limitasyon, pagkatapos ay ang pagbagsak ay nagpapatuloy, na nagiging sanhi ng pag-urong ng matter sa isang black hole.

Ang pangalawang senaryo na naglalarawan sa pagsilang ng isang black hole ay ang compression ng protogalactic gas, iyon ay, interstellar gas na nasa yugto ng pagbabago sa isang kalawakan o ilang uri ng cluster. Sa kaso ng hindi sapat na panloob na presyon upang mabayaran ang parehong mga puwersa ng gravitational, maaaring lumitaw ang isang black hole.

Dalawang iba pang mga senaryo ang nananatiling hypothetical:

• Ang paglitaw ng isang black hole bilang isang resulta - ang tinatawag na. primordial black hole.
• Pangyayari bilang resulta ng mga reaksyong nuklear sa mataas na enerhiya. Ang isang halimbawa ng naturang mga reaksyon ay ang mga eksperimento sa mga collider.

Istraktura at pisika ng mga black hole

Ang istraktura ng isang black hole ayon kay Schwarzschild ay kinabibilangan lamang ng dalawang elemento na nabanggit kanina: ang singularity at ang event horizon ng isang black hole. Sa madaling sabi tungkol sa singularity, mapapansin na imposibleng gumuhit ng isang tuwid na linya sa pamamagitan nito, at gayundin na ang karamihan sa mga umiiral na pisikal na teorya ay hindi gumagana sa loob nito. Kaya, ang physics ng singularity ay nananatiling isang misteryo sa mga siyentipiko ngayon. ng isang black hole ay isang tiyak na hangganan, na tumatawid kung saan, ang isang pisikal na bagay ay nawawalan ng kakayahang bumalik nang lampas sa mga limitasyon nito at malinaw na "nahuhulog" sa singularidad ng isang black hole.

Ang istraktura ng isang itim na butas ay nagiging medyo mas kumplikado sa kaso ng solusyon ng Kerr, ibig sabihin, sa pagkakaroon ng pag-ikot ng BH. Ang solusyon ni Kerr ay nagpapahiwatig na ang butas ay may ergosphere. Ergosphere - isang tiyak na lugar na matatagpuan sa labas ng horizon ng kaganapan, sa loob kung saan ang lahat ng mga katawan ay gumagalaw sa direksyon ng pag-ikot ng black hole. Ang lugar na ito ay hindi pa kapana-panabik at posibleng iwanan ito, hindi tulad ng abot-tanaw ng kaganapan. Ang ergosphere ay malamang na isang uri ng analogue ng isang accretion disk, na kumakatawan sa isang umiikot na substance sa paligid ng malalaking katawan. Kung ang isang static na Schwarzschild black hole ay kinakatawan bilang isang itim na globo, kung gayon ang Kerry black hole, dahil sa pagkakaroon ng isang ergosphere, ay may hugis ng isang oblate ellipsoid, sa anyo kung saan madalas nating nakikita ang mga itim na butas sa mga guhit, sa lumang mga pelikula o video game.

• Magkano ang timbang ng isang black hole? – Ang pinakamalaking teoretikal na materyal sa hitsura ng isang black hole ay magagamit para sa senaryo ng hitsura nito bilang resulta ng pagbagsak ng isang bituin. Sa kasong ito, ang maximum na masa ng isang neutron star at ang pinakamababang masa ng isang black hole ay tinutukoy ng Oppenheimer - Volkov na limitasyon, ayon sa kung saan ang mas mababang limitasyon ng BH mass ay 2.5 - 3 solar masa. Ang pinakamabigat na black hole na natuklasan (sa kalawakan NGC 4889) ay may masa na 21 bilyong solar mass. Gayunpaman, hindi dapat kalimutan ng isa ang tungkol sa mga itim na butas, hypothetically na nagreresulta mula sa mga reaksyong nuklear sa mataas na enerhiya, tulad ng sa mga collider. Ang masa ng naturang quantum black hole, sa madaling salita "Planck black holes" ay nasa pagkakasunud-sunod ng , namely 2 10 −5 g.
• Laki ng black hole. Ang pinakamababang radius ng BH ay maaaring kalkulahin mula sa pinakamababang masa (2.5 – 3 solar masa). Kung ang gravitational radius ng Araw, iyon ay, ang lugar kung saan magiging horizon ng kaganapan, ay humigit-kumulang 2.95 km, kung gayon ang pinakamababang radius ng isang BH na 3 solar mass ay mga siyam na kilometro. Ang ganitong medyo maliit na sukat ay hindi magkasya sa ulo pagdating sa napakalaking bagay na umaakit sa lahat sa paligid. Gayunpaman, para sa quantum black hole, ang radius ay -10 −35 m.
• Ang average na density ng isang black hole ay nakasalalay sa dalawang parameter: masa at radius. Ang density ng isang black hole na may mass na halos tatlong solar mass ay humigit-kumulang 6 10 26 kg/m³, habang ang density ng tubig ay 1000 kg/m³. Gayunpaman, ang mga maliliit na black hole ay hindi natagpuan ng mga siyentipiko. Karamihan sa mga nakitang BH ay may mass na higit sa 105 solar mass. Mayroong isang kawili-wiling pattern ayon sa kung saan mas malaki ang black hole, mas mababa ang density nito. Sa kasong ito, ang pagbabago sa masa ng 11 order ng magnitude ay nangangailangan ng pagbabago sa density ng 22 order ng magnitude. Kaya, ang isang black hole na may mass na 1 ·10 9 solar mass ay may density na 18.5 kg/m³, na isang mas mababa kaysa sa density ng ginto. At ang mga black hole na may mass na higit sa 10 10 solar mass ay maaaring magkaroon ng average na density na mas mababa kaysa sa density ng hangin. Batay sa mga kalkulasyong ito, lohikal na ipagpalagay na ang pagbuo ng isang black hole ay nangyayari hindi dahil sa compression ng matter, ngunit bilang isang resulta ng akumulasyon ng isang malaking halaga ng matter sa isang tiyak na volume. Sa kaso ng quantum black hole, ang kanilang density ay maaaring humigit-kumulang 10 94 kg/m³.
• Ang temperatura ng isang black hole ay inversely proportional din sa masa nito. Ang temperaturang ito ay direktang nauugnay sa . Ang spectrum ng radiation na ito ay tumutugma sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan, iyon ay, isang katawan na sumisipsip ng lahat ng insidente ng radiation. Ang radiation spectrum ng isang itim na katawan ay nakasalalay lamang sa temperatura nito, pagkatapos ay ang temperatura ng isang black hole ay maaaring matukoy mula sa Hawking radiation spectrum. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang radiation na ito ay mas malakas, mas maliit ang black hole. Kasabay nito, ang radiation ng Hawking ay nananatiling hypothetical, dahil hindi pa ito naobserbahan ng mga astronomo. Ito ay sumusunod mula dito na kung ang Hawking radiation ay umiiral, kung gayon ang temperatura ng mga naobserbahang BH ay napakababa na hindi nito pinapayagan ang isa na makita ang ipinahiwatig na radiation. Ayon sa mga kalkulasyon, kahit na ang temperatura ng isang butas na may mass ng pagkakasunud-sunod ng masa ng Araw ay hindi gaanong maliit (1 10 -7 K o -272°C). Ang temperatura ng quantum black hole ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 10 12 K, at sa kanilang mabilis na pagsingaw (mga 1.5 min.), Ang mga naturang BH ay maaaring maglabas ng enerhiya sa pagkakasunud-sunod ng sampung milyon mga bomba atomika. Ngunit, sa kabutihang palad, ang paglikha ng mga naturang hypothetical na bagay ay mangangailangan ng enerhiya na 10 14 beses na mas malaki kaysa sa nakamit ngayon sa Large Hadron Collider. Bilang karagdagan, ang mga naturang phenomena ay hindi pa naobserbahan ng mga astronomo.

Ano ang gawa sa CHD?

Ang isa pang tanong ay nag-aalala sa parehong mga siyentipiko at sa mga mahilig lamang sa astrophysics - ano ang binubuo ng isang black hole? Walang iisang sagot sa tanong na ito, dahil hindi posible na tumingin sa kabila ng horizon ng kaganapan na nakapalibot sa anumang black hole. Bilang karagdagan, tulad ng nabanggit kanina, ang mga teoretikal na modelo ng isang black hole ay nagbibigay lamang ng 3 sa mga bahagi nito: ang ergosphere, ang horizon ng kaganapan, at ang singularity. Makatuwirang ipagpalagay na sa ergosphere mayroon lamang mga bagay na naaakit ng black hole, at ngayon ay umiikot sa paligid nito - iba't ibang uri ng mga cosmic na katawan at cosmic gas. Ang abot-tanaw ng kaganapan ay isa lamang manipis na implicit na hangganan, minsan sa kabila nito, ang parehong mga cosmic na katawan ay hindi na mababawi na naaakit patungo sa huling pangunahing bahagi ng black hole - ang singularity. Ang kalikasan ng singularity ay hindi pa pinag-aralan ngayon, at masyadong maaga para pag-usapan ang komposisyon nito.

Ayon sa ilang mga pagpapalagay, ang isang black hole ay maaaring binubuo ng mga neutron. Kung susundin natin ang senaryo ng paglitaw ng isang itim na butas bilang isang resulta ng pag-compress ng isang bituin sa isang neutron star na may kasunod na compression nito, kung gayon, marahil, ang pangunahing bahagi ng black hole ay binubuo ng mga neutron, kung saan ang neutron star mismong binubuo. Sa simpleng salita: kapag ang isang bituin ay bumagsak, ang mga atomo nito ay na-compress sa paraan na ang mga electron ay pinagsama sa mga proton, sa gayon ay bumubuo ng mga neutron. Ang ganitong reaksyon ay talagang nagaganap sa kalikasan, sa pagbuo ng isang neutron, nangyayari ang paglabas ng neutrino. Gayunpaman, ito ay mga hula lamang.

Ano ang mangyayari kung mahulog ka sa isang black hole?

Ang pagbagsak sa isang astrophysical black hole ay humahantong sa pag-uunat ng katawan. Isaalang-alang ang isang hypothetical na nagpapakamatay na astronaut na papunta sa isang black hole na walang suot kundi isang space suit, mga paa muna. Sa pagtawid sa abot-tanaw ng kaganapan, hindi mapapansin ng astronaut ang anumang mga pagbabago, sa kabila ng katotohanang wala na siyang pagkakataong makabalik. Sa isang punto, ang astronaut ay aabot sa isang punto (medyo sa likod ng event horizon) kung saan magsisimulang mangyari ang pagpapapangit ng kanyang katawan. Dahil ang gravitational field ng isang black hole ay hindi pare-pareho at kinakatawan ng isang force gradient na tumataas patungo sa gitna, ang mga binti ng astronaut ay sasailalim sa isang kapansin-pansing mas malaking gravitational effect kaysa, halimbawa, ang ulo. Pagkatapos, dahil sa gravity, o sa halip, tidal forces, ang mga binti ay "mahulog" nang mas mabilis. Kaya, ang katawan ay nagsisimula sa unti-unting pag-abot sa haba. Upang ilarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang mga astrophysicist ay nakabuo ng isang medyo malikhaing termino - spaghettification. Ang karagdagang pag-uunat ng katawan ay malamang na mabulok ito sa mga atomo, na, maaga o huli, ay aabot sa isang singularidad. Maaari lamang hulaan kung ano ang mararamdaman ng isang tao sa sitwasyong ito. Kapansin-pansin na ang epekto ng pag-uunat ng katawan ay inversely proportional sa masa ng black hole. Iyon ay, kung ang isang BH na may mass na tatlong Suns ay agad na nag-uunat/masira ang katawan, ang supermassive black hole ay magkakaroon ng mas mababang tidal forces at, may mga mungkahi na ang ilang mga pisikal na materyales ay maaaring "tolerate" tulad ng isang deformation nang hindi nawawala ang kanilang istraktura.

Tulad ng alam mo, malapit sa napakalaking bagay, ang oras ay dumadaloy nang mas mabagal, na nangangahulugang ang oras para sa pagpapakamatay na astronaut ay dadaloy nang mas mabagal kaysa sa mga taga-lupa. Sa kasong iyon, marahil ay mabubuhay siya hindi lamang sa kanyang mga kaibigan, kundi sa Earth mismo. Ang mga kalkulasyon ay kinakailangan upang matukoy kung gaano karaming oras ang bumagal para sa isang astronaut, gayunpaman, mula sa itaas, maaari itong ipalagay na ang astronaut ay mahuhulog sa black hole nang napakabagal at maaaring hindi na mabuhay upang makita ang sandali kung kailan nagsisimula ang kanyang katawan. mag-deform.

Kapansin-pansin na para sa isang tagamasid sa labas, ang lahat ng mga katawan na lumipad hanggang sa abot-tanaw ng kaganapan ay mananatili sa gilid ng abot-tanaw na ito hanggang sa mawala ang kanilang imahe. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang gravitational redshift. Medyo pinasimple, maaari nating sabihin na ang liwanag na bumabagsak sa katawan ng isang nagpapakamatay na astronaut na "na-frozen" sa horizon ng kaganapan ay magbabago ng dalas nito dahil sa bumagal nitong oras. Habang mas mabagal ang paglipas ng panahon, bababa ang dalas ng liwanag at tataas ang wavelength. Bilang resulta ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, sa output, iyon ay, para sa isang panlabas na tagamasid, ang ilaw ay unti-unting lilipat patungo sa mababang dalas - pula. Ang pagbabago ng liwanag sa spectrum ay magaganap, habang ang nagpapakamatay na astronaut ay lumalayo papalayo sa nagmamasid, kahit na halos hindi mahahalata, at ang kanyang oras ay dumadaloy nang higit at mas mabagal. Kaya, ang ilaw na sinasalamin ng kanyang katawan ay malapit nang lumampas sa nakikitang spectrum (mawawala ang imahe), at sa hinaharap ang katawan ng astronaut ay mahuhuli lamang sa infrared na rehiyon, sa ibang pagkakataon sa frequency ng radyo, at bilang resulta, ang ang radiation ay magiging ganap na mailap.

Sa kabila ng nakasulat sa itaas, ipinapalagay na sa napakalaking napakalaking itim na butas, ang mga puwersa ng tidal ay hindi gaanong nagbabago sa distansya at kumikilos nang halos pare-pareho sa bumabagsak na katawan. Sa ganoong kaso, ang bumabagsak na spacecraft ay mananatili sa istraktura nito. Ang isang makatwirang tanong ay lumitaw - saan humahantong ang itim na butas? Ang tanong na ito ay masasagot sa pamamagitan ng gawain ng ilang siyentipiko, na nag-uugnay sa dalawang kababalaghang tulad ng mga wormhole at black hole.

Noong 1935, sina Albert Einstein at Nathan Rosen, na isinasaalang-alang, ay naglagay ng isang hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng tinatawag na mga wormhole, na nagkokonekta sa dalawang punto ng space-time sa pamamagitan ng paraan sa mga lugar ng makabuluhang kurbada ng huli - ang Einstein-Rosen bridge o wormhole. Para sa isang napakalakas na kurbada ng espasyo, ang mga katawan na may napakalaking masa ay kinakailangan, na may papel na kung saan ang mga itim na butas ay perpektong makayanan.

Ang Einstein-Rosen Bridge ay itinuturing na isang impenetrable wormhole, dahil ito ay maliit at hindi matatag.

Posible ang isang traversable wormhole sa loob ng teorya ng black and white hole. Kung saan ang white hole ay ang output ng impormasyon na nahulog sa black hole. Ang puting butas ay inilarawan sa balangkas ng pangkalahatang relativity, ngunit ngayon ito ay nananatiling hypothetical at hindi pa natuklasan. Ang isa pang modelo ng isang wormhole ay iminungkahi ng mga Amerikanong siyentipiko na si Kip Thorne at ng kanyang nagtapos na estudyante na si Mike Morris, na maaaring madaanan. Gayunpaman, tulad ng kaso ng Morris-Thorn wormhole, pati na rin sa kaso ng black and white hole, ang posibilidad ng paglalakbay ay nangangailangan ng pagkakaroon ng tinatawag na exotic matter, na may negatibong enerhiya at nananatiling hypothetical.

Mga itim na butas sa uniberso

Ang pagkakaroon ng mga itim na butas ay nakumpirma kamakailan lamang (Setyembre 2015), ngunit bago ang oras na iyon ay mayroon nang maraming teoretikal na materyal sa likas na katangian ng mga itim na butas, pati na rin ang maraming mga bagay na kandidato para sa papel ng isang black hole. Una sa lahat, dapat isaalang-alang ng isa ang mga sukat ng black hole, dahil ang mismong likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay ay nakasalalay sa kanila:

• stellar mass black hole. Ang ganitong mga bagay ay nabuo bilang isang resulta ng pagbagsak ng isang bituin. Tulad ng nabanggit kanina, ang pinakamababang masa ng isang katawan na may kakayahang bumuo ng tulad ng isang black hole ay 2.5 - 3 solar masa.
• Intermediate mass black hole. Isang conditional intermediate na uri ng mga black hole na tumaas dahil sa pagsipsip ng mga kalapit na bagay, tulad ng mga akumulasyon ng gas, isang kalapit na bituin (sa mga sistema ng dalawang bituin) at iba pang mga cosmic na katawan.
• Napakalaking black hole. Mga compact na bagay na may 10 5 -10 10 solar mass. Ang mga natatanging katangian ng naturang mga BH ay paradoxically low density, pati na rin ang mahinang tidal forces, na tinalakay kanina. Ito ang napakalaking black hole sa gitna ng ating Milky Way galaxy (Sagittarius A*, Sgr A*), pati na rin ang karamihan sa iba pang mga galaxy.

Mga kandidato para sa CHD

Ang pinakamalapit na black hole, o sa halip ay isang kandidato para sa papel ng isang black hole, ay isang bagay (V616 Unicorn), na matatagpuan sa layo na 3000 light years mula sa Araw (sa ating kalawakan). Binubuo ito ng dalawang bahagi: isang bituin na may mass na kalahati ng solar mass, pati na rin ang isang hindi nakikitang maliit na katawan, na ang masa ay 3-5 solar masa. Kung ibinigay na bagay lumalabas na isang maliit na black hole ng stellar mass, pagkatapos ay nararapat na maging pinakamalapit na black hole.

Kasunod ng bagay na ito, ang pangalawang pinakamalapit na black hole ay ang Cyg X-1 (Cyg X-1), na siyang unang kandidato para sa papel ng isang black hole. Ang distansya dito ay humigit-kumulang 6070 light years. Medyo mahusay na pinag-aralan: mayroon itong mass na 14.8 solar mass at isang radius ng horizon ng kaganapan na halos 26 km.

Ayon sa ilang mga mapagkukunan, ang isa pang pinakamalapit na kandidato para sa papel ng isang black hole ay maaaring isang katawan sa star system na V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), na, ayon sa mga pagtatantya noong 1999, ay matatagpuan sa layo na 1600 light years. Gayunpaman, ang mga kasunod na pag-aaral ay tumaas ang distansyang ito ng hindi bababa sa 15 beses.

Ilang black hole ang nasa ating kalawakan?

Walang eksaktong sagot sa tanong na ito, dahil medyo mahirap na obserbahan ang mga ito, at sa buong pag-aaral ng kalangitan, ang mga siyentipiko ay nakatuklas ng halos isang dosenang black hole sa loob. Milky Way. Nang hindi nakikibahagi sa mga kalkulasyon, napapansin natin na sa ating kalawakan ay mayroong humigit-kumulang 100 - 400 bilyong bituin, at halos bawat libong bituin ay may sapat na masa upang bumuo ng isang black hole. Malamang na milyon-milyong black hole ang maaaring nabuo sa panahon ng pagkakaroon ng Milky Way. Dahil mas madaling magrehistro ng malalaking black hole, makatuwirang ipagpalagay na ang karamihan sa mga BH sa ating kalawakan ay hindi supermassive. Kapansin-pansin na ang pananaliksik ng NASA noong 2005 ay nagmumungkahi ng pagkakaroon ng isang buong kuyog ng mga black hole (10-20 thousand) na umiikot sa gitna ng kalawakan. Bilang karagdagan, noong 2016, natuklasan ng mga Japanese astrophysicist ang isang napakalaking satellite malapit sa object * - isang black hole, ang core ng Milky Way. Dahil sa maliit na radius (0.15 light years) ng katawan na ito, pati na rin ang malaking masa nito (100,000 solar masa), iminumungkahi ng mga siyentipiko na ang bagay na ito ay isa ring napakalaking black hole.

Ang core ng ating kalawakan, ang black hole ng Milky Way (Sagittarius A *, Sgr A * o Sagittarius A *) ay supermassive at may mass na 4.31 10 6 solar mass, at radius na 0.00071 light years (6.25 light hours o 6.75 bilyong km). Ang temperatura ng Sagittarius A* kasama ang kumpol sa paligid nito ay humigit-kumulang 1 10 7 K.

Ang pinakamalaking black hole

Ang pinakamalaking black hole sa uniberso na natukoy ng mga siyentipiko ay isang napakalaking black hole, ang FSRQ blazar, sa gitna ng galaxy S5 0014+81, sa layo na 1.2·10 10 light-years mula sa Earth. Ayon sa mga paunang resulta ng pagmamasid, gamit ang Swift space observatory, ang masa ng black hole ay 40 bilyon (40 10 9) solar masa, at ang Schwarzschild radius ng naturang butas ay 118.35 bilyong kilometro (0.013 light years). Bilang karagdagan, ayon sa mga kalkulasyon, ito ay bumangon 12.1 bilyong taon na ang nakalilipas (1.6 bilyong taon pagkatapos ng Big Bang). Kung ang higanteng black hole na ito ay hindi sumisipsip sa bagay na nakapaligid dito, mabubuhay ito upang makita ang panahon ng mga black hole - isa sa mga panahon sa pag-unlad ng Uniberso, kung saan ang mga black hole ay nangingibabaw dito. Kung ang core ng galaxy S5 0014+81 ay patuloy na lumalaki, ito ay magiging isa sa mga huling black hole na iiral sa Uniberso.

Ang iba pang dalawang kilalang black hole, bagama't hindi pinangalanan, ay ang pinakamalaking kahalagahan para sa pag-aaral ng mga black hole, dahil kinumpirma nila ang kanilang pag-iral sa eksperimentong paraan, at nagbigay din ng mahahalagang resulta para sa pag-aaral ng gravity. Pinag-uusapan natin ang kaganapang GW150914, na tinatawag na banggaan ng dalawang black hole sa isa. Ang kaganapang ito ay pinapayagang magparehistro.

Pagtuklas ng mga itim na butas

Bago isaalang-alang ang mga pamamaraan para sa pag-detect ng mga itim na butas, dapat sagutin ang tanong - bakit itim ang isang itim na butas? - ang sagot dito ay hindi nangangailangan ng malalim na kaalaman sa astrophysics at cosmology. Ang katotohanan ay ang isang itim na butas ay sumisipsip ng lahat ng radiation na bumabagsak dito at hindi nag-radiate sa lahat, kung hindi mo isinasaalang-alang ang hypothetical. Kung isasaalang-alang natin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito nang mas detalyado, maaari nating ipagpalagay na walang mga proseso sa loob ng mga black hole na humahantong sa pagpapalabas ng enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation. Kung ang itim na butas ay lumiwanag, kung gayon ito ay nasa Hawking spectrum (na kasabay ng spectrum ng isang pinainit, ganap na itim na katawan). Gayunpaman, tulad ng nabanggit kanina, ang radiation na ito ay hindi nakita, na nagmumungkahi ng isang ganap na mababang temperatura ng mga black hole.

Ang isa pang pangkalahatang tinatanggap na teorya ay nagsasabi na ang electromagnetic radiation ay hindi talaga kayang umalis sa abot-tanaw ng kaganapan. Malamang na ang mga photon (mga partikulo ng liwanag) ay hindi naaakit ng napakalaking bagay, dahil, ayon sa teorya, sila mismo ay walang masa. Gayunpaman, ang black hole ay "naaakit" pa rin ang mga photon ng liwanag sa pamamagitan ng pagbaluktot ng space-time. Kung iniisip natin ang isang black hole sa kalawakan bilang isang uri ng depresyon sa makinis na ibabaw ng space-time, kung gayon mayroong isang tiyak na distansya mula sa gitna ng black hole, papalapit kung aling liwanag ang hindi na makakalayo dito. Iyon ay, halos nagsasalita, ang liwanag ay nagsisimulang "mahulog" sa "hukay", na wala kahit isang "ilalim".

Bilang karagdagan, dahil sa epekto ng gravitational redshift, posibleng mawala ang dalas ng liwanag sa isang black hole, lumilipat kasama ang spectrum sa rehiyon ng low-frequency na long-wave radiation, hanggang sa tuluyan itong mawalan ng enerhiya.

Kaya, ang isang black hole ay itim at samakatuwid ay mahirap makita sa kalawakan.

Mga paraan ng pagtuklas

Isaalang-alang ang mga pamamaraan na ginagamit ng mga astronomo upang makita ang isang black hole:

Bilang karagdagan sa mga pamamaraan na nabanggit sa itaas, madalas na iniuugnay ng mga siyentipiko ang mga bagay tulad ng mga black hole at. Ang mga quasar ay ilang mga kumpol ng mga cosmic na katawan at gas, na kabilang sa mga pinakamaliwanag na astronomical na bagay sa Uniberso. Dahil mayroon silang mataas na intensity ng luminescence sa medyo maliit na sukat, may dahilan upang maniwala na ang gitna ng mga bagay na ito ay isang napakalaking black hole, na umaakit sa nakapalibot na bagay sa sarili nito. Dahil sa napakalakas na pagkahumaling ng gravitational, ang naaakit na bagay ay sobrang init na ito ay nagniningning nang matindi. Ang pagtuklas ng naturang mga bagay ay karaniwang inihahambing sa pagtuklas ng isang black hole. Minsan ang mga quasar ay maaaring maglabas ng mga jet ng pinainit na plasma sa dalawang direksyon - relativistic jet. Ang mga dahilan para sa paglitaw ng naturang mga jet (jet) ay hindi ganap na malinaw, ngunit malamang na ang mga ito ay sanhi ng pakikipag-ugnayan ng mga magnetic field ng black hole at ang accretion disk, at hindi ibinubuga ng direktang black hole.

Isang jet sa M87 galaxy na tumama mula sa gitna ng isang black hole

Ang pagbubuod sa itaas, maiisip ng isa, nang malapitan: ito ay isang spherical na itim na bagay, sa paligid kung saan umiikot ang malakas na pinainit na bagay, na bumubuo ng isang makinang na accretion disk.

Pinagsasama at nagbabanggaan ang mga itim na butas

Isa sa pinaka-kagiliw-giliw na phenomena sa astrophysics ay ang banggaan ng mga itim na butas, na ginagawang posible upang makita ang mga napakalaking astronomical na katawan. Ang ganitong mga proseso ay interesado hindi lamang sa mga astrophysicist, dahil nagreresulta ito sa mga phenomena na hindi gaanong pinag-aralan ng mga physicist. Ang pinakamalinaw na halimbawa ay ang naunang nabanggit na kaganapan na tinatawag na GW150914, nang ang dalawang itim na butas ay napakalapit na, bilang resulta ng magkaparehong pagkahumaling sa gravitational, sila ay nagsanib sa isa. Ang isang mahalagang resulta ng banggaan na ito ay ang paglitaw ng mga gravitational wave.

Ayon sa kahulugan ng gravitational waves, ito ay mga pagbabago sa gravitational field na kumakalat sa paraang parang alon mula sa malalaking gumagalaw na bagay. Kapag ang dalawang ganoong bagay ay lumalapit sa isa't isa, nagsisimula silang umikot sa isang karaniwang sentro ng grabidad. Habang papalapit sila sa isa't isa, tumataas ang kanilang pag-ikot sa kanilang sariling axis. Ang ganitong mga variable na oscillations ng gravitational field sa ilang mga punto ay maaaring bumuo ng isang malakas na gravitational wave na maaaring magpalaganap sa kalawakan para sa milyun-milyong light years. Kaya, sa layo na 1.3 bilyong light years, isang banggaan ng dalawang black hole ang naganap, na bumuo ng isang malakas na gravitational wave na umabot sa Earth noong Setyembre 14, 2015 at naitala ng LIGO at VIRGO detector.

Paano namamatay ang mga black hole?

Malinaw, para tumigil ang pag-iral ng black hole, kakailanganin nitong mawala ang lahat ng masa nito. Gayunpaman, ayon sa kanyang kahulugan, walang makakaalis sa black hole kung ito ay tumawid sa abot-tanaw ng kaganapan nito. Ito ay kilala na sa unang pagkakataon ay binanggit ng Soviet theoretical physicist na si Vladimir Gribov ang posibilidad ng paglabas ng mga particle ng isang black hole sa kanyang talakayan sa isa pang siyentipikong Sobyet na si Yakov Zel'dovich. Nagtalo siya na mula sa punto ng view ng quantum mechanics, ang isang black hole ay may kakayahang maglabas ng mga particle sa pamamagitan ng isang tunnel effect. Nang maglaon, sa tulong ng quantum mechanics, binuo niya ang kanyang sariling, medyo naiibang teorya, ang English theoretical physicist na si Stephen Hawking. Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol sa hindi pangkaraniwang bagay na ito. Sa madaling salita, sa vacuum ay may mga tinatawag na virtual na particle na patuloy na ipinanganak na magkapares at nagwawasak sa isa't isa, habang hindi nakikipag-ugnayan sa labas ng mundo. Ngunit kung ang gayong mga pares ay lumitaw sa abot-tanaw ng kaganapan ng black hole, kung gayon ang malakas na gravity ay hypothetically magagawang paghiwalayin ang mga ito, na may isang butil na nahuhulog sa black hole, at ang isa ay lumalayo mula sa black hole. At dahil ang isang butil na lumipad palayo sa isang butas ay maaaring maobserbahan, at samakatuwid ay may positibong enerhiya, ang isang butil na nahulog sa isang butas ay dapat na may negatibong enerhiya. Kaya, mawawalan ng enerhiya ang black hole at magkakaroon ng epekto na tinatawag na black hole evaporation.

Ayon sa magagamit na mga modelo ng isang black hole, tulad ng nabanggit kanina, habang bumababa ang masa nito, nagiging mas matindi ang radiation nito. Pagkatapos, sa huling yugto ng pagkakaroon ng isang black hole, kapag ito ay maaaring bumaba sa laki ng isang quantum black hole, ito ay maglalabas. malaking halaga enerhiya sa anyo ng radiation, na maaaring katumbas ng libu-libo o kahit milyon-milyong mga bombang atomika. Ang kaganapang ito ay medyo nakapagpapaalaala sa pagsabog ng isang black hole, tulad ng parehong bomba. Ayon sa mga kalkulasyon, ang mga primordial black hole ay maaaring ipinanganak bilang isang resulta ng Big Bang, at ang mga sa kanila, na ang masa ay nasa order na 10 12 kg, ay dapat na sumingaw at sumabog sa ating panahon. Magkagayunman, ang gayong mga pagsabog ay hindi pa nakikita ng mga astronomo.

Sa kabila ng iminungkahing mekanismo ni Hawking para sa pagsira ng mga black hole, ang mga katangian ng radiation ni Hawking ay nagdudulot ng kabalintunaan sa quantum mechanics. Kung ang isang itim na butas ay sumisipsip ng ilang katawan, at pagkatapos ay nawawala ang masa na nagreresulta mula sa pagsipsip ng katawan na ito, kung gayon anuman ang likas na katangian ng katawan, ang itim na butas ay hindi naiiba sa kung ano ito bago ang pagsipsip ng katawan. Sa kasong ito, ang impormasyon tungkol sa katawan ay tuluyang mawawala. Mula sa punto ng view ng mga teoretikal na kalkulasyon, ang pagbabago ng paunang purong estado sa nagresultang mixed ("thermal") na estado ay hindi tumutugma sa kasalukuyang teorya ng quantum mechanics. Ang kabalintunaan na ito ay kung minsan ay tinatawag na pagkawala ng impormasyon sa Black hole. Ang isang tunay na solusyon sa paradox na ito ay hindi pa natagpuan. Mga kilalang opsyon para sa paglutas ng kabalintunaan:

• Hindi pagkakatugma ng teorya ni Hawking. Ito ay nangangailangan ng imposibilidad ng pagsira sa black hole at ang patuloy na paglaki nito.
• Ang pagkakaroon ng mga puting butas. Sa kasong ito, ang hinihigop na impormasyon ay hindi nawawala, ngunit itinapon lamang sa isa pang Uniberso.
• Hindi pagkakapare-pareho ng pangkalahatang tinatanggap na teorya ng quantum mechanics.

Hindi nalutas na problema ng black hole physics

Sa paghusga sa lahat ng inilarawan nang mas maaga, ang mga itim na butas, bagaman sila ay pinag-aralan sa loob ng mahabang panahon, ay mayroon pa ring maraming mga tampok, ang mga mekanismo na hindi pa rin alam ng mga siyentipiko.

• Noong 1970, binuo ng isang Ingles na siyentipiko ang tinatawag na. "prinsipyo ng cosmic censorship" - "Kinamumuhian ng kalikasan ang hubad na kaisahan." Nangangahulugan ito na ang singularity ay nabuo lamang sa mga lugar na hindi nakikita, tulad ng gitna ng isang black hole. Gayunpaman, ang prinsipyong ito ay hindi pa napatunayan. Mayroon ding mga teoretikal na kalkulasyon, ayon sa kung saan ang isang "hubad" na singularidad ay maaaring mangyari.
• Ang "no-hair theorem", ayon sa kung saan ang mga itim na butas ay mayroon lamang tatlong mga parameter, ay hindi rin napatunayan.
• Ang isang kumpletong teorya ng black hole magnetosphere ay hindi pa nabuo.
• Ang kalikasan at pisika ng gravitational singularity ay hindi napag-aralan.
• Hindi tiyak kung ano ang mangyayari sa huling yugto ng pagkakaroon ng black hole, at kung ano ang nananatili pagkatapos ng pagkabulok ng kabuuan nito.

Mga kagiliw-giliw na katotohanan tungkol sa mga itim na butas

Sa pagbubuod sa itaas, maaari naming i-highlight ang ilang mga kawili-wili at hindi pangkaraniwang mga tampok ng likas na katangian ng mga black hole:

• Ang mga itim na butas ay may tatlong mga parameter lamang: mass, electric charge at angular momentum. Bilang resulta ng napakaliit na bilang ng mga katangian ng katawan na ito, ang theorem na nagsasaad nito ay tinatawag na "no-hair theorem". Dito rin nagmula ang pariralang "isang black hole ay walang buhok", na nangangahulugan na ang dalawang itim na butas ay ganap na magkapareho, ang kanilang tatlong mga parameter na nabanggit ay pareho.
• Ang density ng mga black hole ay maaaring mas mababa kaysa sa density ng hangin, at ang temperatura ay malapit sa absolute zero. Mula dito maaari nating ipagpalagay na ang pagbuo ng isang black hole ay nangyayari hindi dahil sa compression ng bagay, ngunit bilang isang resulta ng akumulasyon ng isang malaking halaga ng bagay sa isang tiyak na dami.
• Ang oras para sa mga katawan na hinihigop ng mga black hole ay mas mabagal kaysa sa isang panlabas na tagamasid. Bilang karagdagan, ang mga hinihigop na katawan ay makabuluhang nakaunat sa loob ng black hole, na tinatawag na spaghettification ng mga siyentipiko.
• Maaaring may halos isang milyong black hole sa ating kalawakan.
• Marahil ay may napakalaking black hole sa gitna ng bawat kalawakan.
• Sa hinaharap, ayon sa teoretikal na modelo, maaabot ng Uniberso ang tinatawag na panahon ng mga itim na butas, kapag ang mga itim na butas ay magiging nangingibabaw na mga katawan sa Uniberso.

BLACK HOLE
isang rehiyon sa kalawakan na nagreresulta mula sa kumpletong gravitational collapse ng matter, kung saan napakalakas ng gravitational attraction na kahit na ang matter, o light, o iba pang mga carrier ng impormasyon ay maaaring umalis dito. Samakatuwid, ang loob ng isang black hole ay sanhi ng hindi nauugnay sa natitirang bahagi ng uniberso; Ang mga pisikal na proseso na nagaganap sa loob ng black hole ay hindi makakaapekto sa mga proseso sa labas nito. Ang isang itim na butas ay napapalibutan ng isang ibabaw na may pag-aari ng isang unidirectional na lamad: ang bagay at radiation ay malayang nahuhulog dito sa itim na butas, ngunit walang makakatakas mula doon. Ang ibabaw na ito ay tinatawag na "horizon ng kaganapan". Dahil sa ngayon ay mayroon lamang hindi direktang mga indikasyon ng pagkakaroon ng mga itim na butas sa mga distansya ng libu-libong light years mula sa Earth, ang aming karagdagang pagtatanghal ay pangunahing nakabatay sa mga teoretikal na resulta. Ang mga black hole, na hinulaan ng pangkalahatang teorya ng relativity (ang teorya ng gravity na iminungkahi ni Einstein noong 1915) at iba pang mas modernong mga teorya ng grabidad, ay mathematically na pinatunayan ni R. Oppenheimer at H. Snyder noong 1939. Ngunit ang mga katangian ng espasyo at oras sa paligid ng mga bagay na ito ay naging napakabihirang, na hindi sineseryoso ng mga astronomo at pisiko sa loob ng 25 taon. Gayunpaman, ang mga pagtuklas sa astronomya noong kalagitnaan ng 1960s ay pinilit kaming tingnan ang mga black hole bilang isang posibleng pisikal na katotohanan. Ang kanilang pagtuklas at pag-aaral ay maaaring baguhin sa panimula ang ating pag-unawa sa espasyo at oras.
Pagbuo ng mga itim na butas. Habang nagaganap ang mga reaksiyong thermonuclear sa loob ng bituin, pinapanatili nila ang mataas na temperatura at presyon, na pinipigilan ang bituin na bumagsak sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong grabidad. Gayunpaman, sa paglipas ng panahon, ang nuclear fuel ay naubos, at ang bituin ay nagsisimulang lumiit. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na kung ang masa ng bituin ay hindi lalampas sa tatlong solar na masa, kung gayon ito ay mananalo sa "labanan na may grabidad": ang gravitational collapse nito ay titigil sa pamamagitan ng presyon ng "degenerate" na bagay, at ang bituin ay magpakailanman na magiging isang puting dwarf o neutron star. Ngunit kung ang masa ng isang bituin ay higit sa tatlong solar, kung gayon walang makakapigil sa sakuna nitong pagbagsak at ito ay mabilis na mapupunta sa ilalim ng abot-tanaw ng kaganapan, at magiging isang black hole. Para sa spherical black hole ng mass M, ang event horizon ay bumubuo ng sphere na may equatorial circumference na 2p beses na mas malaki kaysa sa "gravitational radius" ng black hole na RG = 2GM/c2, kung saan ang c ay ang bilis ng liwanag at ang G ay ang gravitational constant. Ang isang black hole na may mass na 3 solar mass ay may gravitational radius na 8.8 km.

Kung ang isang astronomer ay nagmamasid sa isang bituin sa sandali ng pagbabago nito sa isang itim na butas, pagkatapos ay sa una ay makikita niya kung paano ang bituin ay kumukuha ng mas mabilis at mas mabilis, ngunit habang ang ibabaw nito ay lumalapit sa gravitational radius, ang compression ay bumagal hanggang sa ganap itong tumigil. Kasabay nito, ang liwanag na nagmumula sa bituin ay hihina at magiging pula hanggang sa tuluyang mawala. Ito ay dahil sa paglaban sa higanteng puwersa ng grabidad, ang liwanag ay nawawalan ng enerhiya at tumatagal ng mas maraming oras para maabot nito ang nagmamasid. Kapag ang ibabaw ng bituin ay umabot sa gravitational radius, aabutin ng walang katapusang oras para maabot ng liwanag na nag-iiwan dito ang nagmamasid (at sa paggawa nito, ang mga photon ay ganap na mawawalan ng kanilang enerhiya). Dahil dito, hinding-hindi na maghihintay ang astronomer sa sandaling ito, lalong hindi makikita kung ano ang mangyayari sa bituin sa ibaba ng abot-tanaw ng kaganapan. Ngunit sa teorya, ang prosesong ito ay maaaring pag-aralan. Ang pagkalkula ng isang idealized na spherical collapse ay nagpapakita na sa maikling panahon ang bituin ay na-compress sa isang punto kung saan walang katapusan. malalaking halaga density at gravity. Ang ganitong punto ay tinatawag na "singularity". Bukod dito, ipinapakita ng pangkalahatang pagsusuri sa matematika na kung lumitaw ang isang abot-tanaw ng kaganapan, kung gayon kahit na ang isang di-spherical na pagbagsak ay humahantong sa isang singularidad. Gayunpaman, ang lahat ng ito ay totoo lamang kung ang pangkalahatang teorya ng relativity ay naaangkop hanggang sa napakaliit na spatial scale, na hindi pa namin sigurado. Ang mga batas ng quantum ay gumagana sa microworld, at ang quantum theory ng gravity ay hindi pa nagagawa. Malinaw na hindi maaaring pigilan ng mga quantum effect ang isang bituin mula sa pagbagsak sa isang black hole, ngunit maaari nilang pigilan ang paglitaw ng isang singularity. Ang modernong teorya ng stellar evolution at ang ating kaalaman sa populasyon ng stellar ng Galaxy ay nagpapahiwatig na sa 100 bilyong bituin nito ay dapat mayroong humigit-kumulang 100 milyong black hole na nabuo sa panahon ng pagbagsak ng pinakamalalaking bituin. Bilang karagdagan, ang mga itim na butas ng napakalaking masa ay maaaring matatagpuan sa mga core ng malalaking kalawakan, kabilang ang atin. Gaya ng nabanggit na, sa ating panahon, isang mass lamang na higit sa tatlong beses kaysa sa araw ang maaaring maging black hole. Gayunpaman, kaagad pagkatapos ng Big Bang, kung saan ca. 15 bilyong taon na ang nakalilipas, nagsimula ang pagpapalawak ng Uniberso, ang mga itim na butas ng anumang masa ay maaaring ipanganak. Ang pinakamaliit sa kanila, dahil sa mga epekto ng kabuuan, ay dapat na sumingaw, nawawala ang kanilang masa sa anyo ng radiation at mga daloy ng particle. Ngunit ang "primordial black holes" na may mass na higit sa 1015 g ay maaaring mabuhay hanggang sa araw na ito. Ang lahat ng mga kalkulasyon ng stellar collapse ay ginawa sa pag-aakalang isang bahagyang paglihis mula sa spherical symmetry at nagpapakita na ang horizon ng kaganapan ay palaging nabuo. Gayunpaman, na may isang malakas na paglihis mula sa spherical symmetry, ang pagbagsak ng isang bituin ay maaaring humantong sa pagbuo ng isang rehiyon na may walang katapusang malakas na gravity, ngunit hindi napapalibutan ng isang horizon ng kaganapan; ito ay tinatawag na "hubad na singularidad". Ito ay hindi na isang black hole sa kahulugan na tinalakay natin sa itaas. Ang mga pisikal na batas na malapit sa isang hubad na singularity ay maaaring magkaroon ng isang hindi inaasahang anyo. Sa kasalukuyan, ang isang hubad na singularity ay itinuturing na isang hindi malamang na bagay, habang ang karamihan sa mga astrophysicist ay naniniwala sa pagkakaroon ng mga black hole.
mga katangian ng black hole. Para sa isang tagamasid sa labas, ang istraktura ng isang black hole ay mukhang napakasimple. Sa proseso ng pagbagsak ng isang bituin sa isang itim na butas sa isang maliit na bahagi ng isang segundo (ayon sa orasan ng isang malayong tagamasid), lahat ng panlabas na mga tampok , na nauugnay sa inhomogeneity ng orihinal na bituin, ay ibinubuga sa anyo ng gravitational at electromagnetic waves. Ang nagresultang nakatigil na black hole ay "nakakalimutan" ang lahat ng impormasyon tungkol sa orihinal na bituin, maliban sa tatlong dami: kabuuang masa, angular na momentum (na may kaugnayan sa pag-ikot) at singil ng kuryente. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng black hole, hindi na posibleng malaman kung ang orihinal na bituin ay binubuo ng matter o antimatter, kung ito ay may hugis ng tabako o pancake, at iba pa. Sa ilalim ng tunay na mga kondisyon ng astrophysical, ang isang naka-charge na black hole ay makakaakit ng mga particle ng kabaligtaran na tanda mula sa interstellar medium, at ang singil nito ay mabilis na magiging zero. Ang natitirang nakatigil na bagay ay maaaring maging isang hindi umiikot na "Schwarzschild black hole", na nailalarawan sa pamamagitan lamang ng masa, o isang umiikot na "Kerr black hole", na nailalarawan sa pamamagitan ng masa at angular na momentum. Ang pagiging natatangi ng mga nasa itaas na uri ng mga nakatigil na black hole ay napatunayan sa balangkas ng pangkalahatang teorya ng relativity ni W. Israel, B. Carter, S. Hawking at D. Robinson. Ayon sa pangkalahatang teorya ng relativity, ang espasyo at oras ay kurbadong sa pamamagitan ng gravitational field ng malalaking katawan, na may pinakamalaking curvature na nangyayari malapit sa black hole. Kapag ang mga physicist ay nagsasalita tungkol sa mga pagitan ng oras at espasyo, ang ibig nilang sabihin ay mga numerong nabasa mula sa anumang pisikal na orasan o ruler. Halimbawa, ang papel na ginagampanan ng isang orasan ay maaaring gampanan ng isang molekula na may isang tiyak na dalas ng mga oscillations, ang bilang ng kung saan sa pagitan ng dalawang mga kaganapan ay maaaring tinatawag na isang "time interval". Kapansin-pansin na ang gravity ay kumikilos sa lahat ng pisikal na sistema sa parehong paraan: ang lahat ng orasan ay nagpapakita na ang oras ay bumagal, at ang lahat ng mga pinuno ay nagpapakita na ang espasyo ay umaabot malapit sa isang black hole. Nangangahulugan ito na ang isang black hole ay baluktot ang geometry ng espasyo at oras sa paligid mismo. Malayo sa black hole, ang kurbada na ito ay maliit, ngunit malapit dito ay napakalaki na ang mga light ray ay maaaring gumalaw sa paligid nito nang pabilog. Malayo sa isang black hole, ang gravitational field nito ay eksaktong inilalarawan ng teorya ni Newton para sa isang katawan ng parehong masa, ngunit malapit sa black hole, ang gravity ay nagiging mas malakas kaysa sa hula ni Newton. Ang anumang katawan na mahuhulog sa isang black hole ay mapupunit nang matagal bago ito tumawid sa horizon ng kaganapan sa pamamagitan ng malalakas na tidal gravitational forces na nagmumula sa pagkakaiba ng atraksyon sa iba't ibang distansya mula sa gitna. Ang isang itim na butas ay laging handang sumipsip ng materya o radiation, sa gayon ay tumataas ang masa nito. Ang pakikipag-ugnayan nito sa labas ng mundo ay tinutukoy ng isang simpleng prinsipyo ng Hawking: ang lugar ng horizon ng kaganapan ng black hole ay hindi kailanman bumababa, kung hindi mo isinasaalang-alang ang dami ng produksyon ng mga particle. Iminungkahi ni J. Bekenstein noong 1973 na ang mga black hole ay sumunod sa parehong pisikal na batas gaya ng mga pisikal na katawan na naglalabas at sumisipsip ng radiation (ang modelong "itim na katawan"). Naimpluwensyahan ng ideyang ito, ipinakita ni Hawking noong 1974 na ang mga itim na butas ay maaaring maglabas ng bagay at radiation, ngunit ito ay mapapansin lamang kung ang masa ng itim na butas mismo ay medyo maliit. Ang ganitong mga black hole ay maaaring ipanganak kaagad pagkatapos ng Big Bang, na nagsimula sa pagpapalawak ng Uniberso. Ang masa ng mga pangunahing black hole na ito ay dapat na hindi hihigit sa 1015 g (tulad ng isang maliit na asteroid), at 10-15 m ang laki (tulad ng isang proton o neutron). Ang isang malakas na patlang ng gravitational malapit sa isang black hole ay nagdudulot ng mga pares ng particle-antiparticle; ang isa sa mga particle ng bawat pares ay hinihigop ng butas, at ang pangalawa ay ibinubuga sa labas. Ang isang black hole na may masa na 1015 g ay dapat kumilos tulad ng isang katawan na may temperatura na 1011 K. Ang ideya ng "pagsingaw" ng mga black hole ay ganap na sumasalungat sa klasikal na ideya ng mga ito bilang mga katawan na hindi maaaring magningning.
Maghanap ng mga itim na butas. Ang mga kalkulasyon sa loob ng balangkas ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein ay nagpapahiwatig lamang ng posibilidad ng pagkakaroon ng mga black hole, ngunit hindi sa anumang paraan ay nagpapatunay ng kanilang presensya sa totoong mundo; ang pagtuklas ng isang tunay na black hole ay magiging isang mahalagang hakbang sa pag-unlad ng pisika. Ang paghahanap ng mga nakahiwalay na black hole sa kalawakan ay walang pag-asa na mahirap: hindi namin makikita ang isang maliit na madilim na bagay laban sa kadiliman ng kalawakan. Ngunit may pag-asa na makita ang isang black hole sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan nito sa mga nakapalibot na astronomical na katawan, sa pamamagitan ng katangiang impluwensya nito sa kanila. Ang napakalaking black hole ay maaaring manirahan sa mga sentro ng mga kalawakan, na patuloy na nilalamon ang mga bituin doon. Nakatuon sa paligid ng black hole, ang mga bituin ay dapat bumuo ng mga gitnang tuktok ng ningning sa mga core ng mga kalawakan; ang kanilang paghahanap ay isinasagawa na ngayon. Ang isa pang paraan ng paghahanap ay ang pagsukat ng bilis ng mga bituin at gas sa paligid ng isang sentral na bagay sa kalawakan. Kung ang kanilang distansya mula sa gitnang bagay ay kilala, kung gayon ang masa at average na density nito ay maaaring kalkulahin. Kung ito ay makabuluhang lumampas sa density na posible para sa mga kumpol ng bituin, kung gayon ito ay pinaniniwalaan na ito ay isang itim na butas. Sa ganitong paraan, noong 1996, natukoy ni J. Moran at ng mga kasamahan na sa gitna ng kalawakan NGC 4258, malamang na mayroong isang black hole na may mass na 40 milyong solar masa. Ang pinaka-promising ay ang paghahanap para sa isang black hole sa mga binary system, kung saan ito, na ipinares sa isang normal na bituin, ay maaaring umikot sa isang karaniwang sentro ng masa. Mula sa pana-panahong Doppler shift ng mga linya sa spectrum ng isang bituin, mauunawaan ng isa na ito ay ipinares sa isang tiyak na katawan at kahit na tantiyahin ang masa ng huli. Kung ang masa na ito ay lumampas sa 3 solar na masa, at hindi posible na mapansin ang radiation ng katawan mismo, kung gayon posible na ito ay isang itim na butas. Sa isang compact na binary system, maaaring makuha ng black hole ang gas mula sa ibabaw ng isang normal na bituin. Gumagalaw sa orbit sa paligid ng black hole, ang gas na ito ay bumubuo ng isang disk at, papalapit sa itim na butas sa isang spiral, ay nagiging napakainit at nagiging mapagkukunan ng malalakas na X-ray. Ang mabilis na pagbabagu-bago sa radiation na ito ay dapat magpahiwatig na ang gas ay mabilis na gumagalaw sa isang maliit na radius orbit sa paligid ng isang maliit na napakalaking bagay. Mula noong 1970s, maraming mga mapagkukunan ng X-ray ang natuklasan sa mga binary system na may malinaw na mga palatandaan ng pagkakaroon ng mga black hole. Ang pinaka-promising ay ang X-ray binary V 404 Cygnus, ang mass ng invisible component na kung saan ay tinatantiyang hindi kukulangin sa 6 solar mass. Ang iba pang kahanga-hangang mga kandidato sa black hole ay nasa X-ray binaries na Cygnus X-1, LMCX-3, V 616 Monocerotis, QZ Chanterelles, at ang X-ray novae Ophiuchus 1977, Mukha 1981, at Scorpio 1994. Maliban sa LMCX-3, na matatagpuan sa Large Magellanic Cloud, lahat ng mga ito ay nasa ating Galaxy sa mga distansyang 8000 ly. taon mula sa Earth.
Tingnan din
COSMOLOGY;
GRABIDAD ;
GRAVITATIONAL COLLAPSE ;
RELATIBIDAD ;
EXTRAATMOSPHHERIC ASTRONOMY.
PANITIKAN
Cherepashchuk A.M. Masa ng mga black hole sa binary system. Uspekhi fizicheskikh nauk, tomo 166, p. 809, 1996

Collier Encyclopedia. - Bukas na lipunan. 2000 .

Tingnan kung ano ang "BLACK HOLE" sa ibang mga diksyunaryo:

BLACK HOLE, isang naisalokal na lugar ng outer space, kung saan walang bagay o radiation ang makakatakas, sa madaling salita, ang unang bilis ng espasyo ay lumampas sa bilis ng liwanag. Ang hangganan ng rehiyong ito ay tinatawag na event horizon. Pang-agham at teknikal na encyclopedic na diksyunaryo

Space isang bagay na nagreresulta mula sa compression ng isang katawan sa pamamagitan ng gravity. pinipilit hanggang sa mga sukat na mas maliit kaysa sa gravitational radius nito rg=2g/c2 (kung saan ang M ay ang masa ng katawan, ang G ay ang gravitational constant, ang c ay ang numerical na halaga ng bilis ng liwanag). Hula tungkol sa pagkakaroon sa ...... Pisikal na Encyclopedia

Umiiral., bilang ng mga kasingkahulugan: 2 star (503) hindi alam (11) ASIS Synonym Dictionary. V.N. Trishin. 2013... diksyunaryo ng kasingkahulugan

Parehong para sa mga siyentipiko sa nakalipas na mga siglo, at para sa mga mananaliksik ng ating panahon, ang pinakadakilang misteryo ng espasyo ay isang black hole. Ano ang nasa loob ng ganap na hindi pamilyar na sistemang ito para sa pisika? Anong mga batas ang nalalapat doon? Paano lumilipas ang oras sa isang black hole, at bakit kahit ang light quanta ay hindi makatakas mula dito? Ngayon ay susubukan natin, siyempre, mula sa punto ng view ng teorya, at hindi pagsasanay, upang maunawaan kung ano ang nasa loob ng isang black hole, kung bakit ito, sa prinsipyo, ay nabuo at umiiral, kung paano ito umaakit sa mga bagay na nakapaligid dito.

Una, ilarawan natin ang bagay na ito.

Kaya, ang isang tiyak na rehiyon ng espasyo sa Uniberso ay tinatawag na black hole. Imposibleng isa-isa ito bilang isang hiwalay na bituin o planeta, dahil hindi ito solid o gaseous na katawan. Kung walang pangunahing pag-unawa sa kung ano ang spacetime at kung paano maaaring magbago ang mga sukat na ito, imposibleng maunawaan kung ano ang nasa loob ng black hole. Ang katotohanan ay ang lugar na ito ay hindi lamang isang spatial unit. na sumisira sa tatlong dimensyon na alam natin (haba, lapad at taas) at ang timeline. Natitiyak ng mga siyentipiko na sa lugar ng abot-tanaw (ang tinatawag na lugar na nakapalibot sa butas), ang oras ay tumatagal ng isang spatial na kahulugan at maaaring umusad kapwa pasulong at paatras.

Alamin ang mga sikreto ng gravity

Kung gusto nating maunawaan kung ano ang nasa loob ng black hole, isasaalang-alang natin nang detalyado kung ano ang gravity. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ang susi sa pag-unawa sa likas na katangian ng tinatawag na "wormhole", kung saan kahit na ang liwanag ay hindi makatakas. Ang gravity ay ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng lahat ng mga katawan na may materyal na batayan. Ang lakas ng naturang gravity ay nakasalalay sa molekular na komposisyon ng mga katawan, sa konsentrasyon ng mga atomo, at gayundin sa kanilang komposisyon. Ang mas maraming mga particle ay bumagsak sa isang tiyak na lugar ng espasyo, mas marami puwersa ng grabidad. Ito ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa Big Bang Theory, noong ang ating uniberso ay kasing laki ng isang gisantes. Ito ay isang estado ng pinakamataas na singularity, at bilang isang resulta ng isang flash ng light quanta, ang espasyo ay nagsimulang lumawak dahil sa ang katunayan na ang mga particle ay nagtataboy sa isa't isa. Eksakto ang kabaligtaran ay inilarawan ng mga siyentipiko bilang isang black hole. Ano ang nasa loob ng ganoong bagay ayon sa TBZ? Singularity, na katumbas ng mga indicator na likas sa ating Uniberso sa oras ng kapanganakan nito.

Paano nakapasok ang matter sa isang wormhole?

Mayroong isang opinyon na ang isang tao ay hindi kailanman mauunawaan kung ano ang nangyayari sa loob ng isang black hole. Since, once there, literal na madudurog siya ng gravity at gravity. Sa katunayan ito ay hindi totoo. Oo, sa katunayan, ang isang black hole ay isang rehiyon ng singularity, kung saan ang lahat ay naka-compress sa maximum. Ngunit ito ay hindi isang "space vacuum cleaner" sa lahat, na may kakayahang iguhit ang lahat ng mga planeta at bituin sa sarili nito. Ang anumang materyal na bagay na nasa abot-tanaw ng kaganapan ay makikita ang isang malakas na pagbaluktot ng espasyo at oras (sa ngayon, ang mga yunit na ito ay magkahiwalay). Ang Euclidean system ng geometry ay magsisimulang mag-falter, sa madaling salita, sila ay magsalubong, ang mga balangkas ng mga stereometric figure ay titigil na maging pamilyar. Kung tungkol sa oras, unti-unti itong bumagal. Habang papalapit ka sa butas, mas mabagal ang relo sa oras ng Earth, ngunit hindi mo ito mapapansin. Kapag natamaan ang "wormhole", ang katawan ay babagsak sa zero speed, ngunit ang yunit na ito ay magiging katumbas ng infinity. curvature, na katumbas ng infinite sa zero, na sa wakas ay huminto sa oras sa rehiyon ng singularity.

Tugon sa naglalabas na liwanag

Ang tanging bagay sa kalawakan na umaakit ng liwanag ay isang black hole. Kung ano ang nasa loob nito at kung ano ang anyo nito ay hindi alam, ngunit naniniwala sila na ito ay matinding kadiliman, na imposibleng isipin. Banayad na quanta, pagdating doon, huwag basta-basta mawala. Ang kanilang masa ay pinarami ng masa ng singularity, na nagpapalaki pa at nagpapalaki nito.Kaya, kung bubuksan mo ang isang flashlight sa loob ng wormhole upang tumingin sa paligid, hindi ito kumikinang. Ang ibinubuga na quanta ay patuloy na dadami sa masa ng butas, at, sa halos pagsasalita, ikaw ay magpapalubha lamang sa iyong sitwasyon.

Black hole sa lahat ng dako

Tulad ng naisip na natin, ang batayan ng edukasyon ay gravity, ang halaga nito ay milyon-milyong beses na mas malaki kaysa sa Earth. Ang eksaktong ideya kung ano ang isang black hole ay ibinigay sa mundo ni Karl Schwarzschild, na, sa katunayan, natuklasan ang mismong abot-tanaw ng kaganapan at ang punto ng walang pagbabalik, at itinatag din na ang zero sa isang estado ng singularity ay katumbas ng kawalang-hanggan . Sa kanyang opinyon, ang isang black hole ay maaaring mabuo kahit saan sa kalawakan. Sa kasong ito, ang isang partikular na materyal na bagay na may spherical na hugis ay dapat umabot sa gravitational radius. Halimbawa, ang masa ng ating planeta ay dapat magkasya sa dami ng isang gisantes upang maging isang black hole. At ang Araw ay dapat magkaroon ng diameter na 5 kilometro kasama ang masa nito - kung gayon ang estado nito ay magiging isahan.

Bagong abot-tanaw ng pagbuo ng mundo

Ang mga batas ng pisika at geometry ay gumagana nang perpekto sa lupa at sa kalawakan, kung saan ang kalawakan ay malapit sa vacuum. Ngunit ganap na nawala ang kanilang kahalagahan sa abot-tanaw ng kaganapan. Iyon ang dahilan kung bakit, mula sa isang mathematical point of view, imposibleng kalkulahin kung ano ang nasa loob ng black hole. Ang mga larawan na maaari mong makuha kung ibaluktot mo ang espasyo alinsunod sa aming mga ideya tungkol sa mundo ay tiyak na malayo sa katotohanan. Itinatag lamang na ang oras dito ay nagiging isang spatial na yunit at, malamang, ang ilan pang mga dimensyon ay idinagdag sa mga umiiral na. Ginagawa nitong posible na maniwala na ang ganap na magkakaibang mga mundo ay nabuo sa loob ng itim na butas (larawan, tulad ng alam mo, hindi ito magpapakita, dahil ang ilaw ay kumakain mismo doon). Ang mga uniberso na ito ay maaaring binubuo ng antimatter, na kasalukuyang hindi pamilyar sa mga siyentipiko. Mayroon ding mga bersyon na ang sphere of no return ay isang portal lamang na humahantong sa alinman sa ibang mundo o sa iba pang mga punto sa ating Uniberso.

Kapanganakan at kamatayan

Higit pa sa pagkakaroon ng black hole, ang pagsilang o pagkawala nito. Ang globo na sumisira sa espasyo-oras, gaya ng nalaman na natin, ay nabuo bilang resulta ng pagbagsak. Maaaring ito ay ang pagsabog ng isang malaking bituin, ang banggaan ng dalawa o higit pang mga katawan sa kalawakan, at iba pa. Ngunit paano naging isang kaharian ng pagbaluktot ng oras ang bagay, na maaaring maramdaman sa teorya? Ang palaisipan ay isinasagawa. Ngunit sinusundan ito ng pangalawang tanong - bakit nawawala ang mga ganitong spheres of no return? At kung ang mga itim na butas ay sumingaw, kung gayon bakit ang liwanag na iyon at ang lahat ng cosmic matter na kanilang hinila ay hindi lumalabas sa kanila? Kapag nagsimulang lumawak ang bagay sa singularity zone, unti-unting bumababa ang gravity. Bilang isang resulta, ang itim na butas ay natutunaw lamang, at ang ordinaryong vacuum na kalawakan ay nananatili sa lugar nito. Ang isa pang misteryo ay sumusunod mula dito - saan napunta ang lahat ng napunta dito?

Gravity - ang ating susi sa isang masayang kinabukasan?

Ang mga mananaliksik ay tiwala na ang enerhiya sa hinaharap ng sangkatauhan ay maaaring mabuo ng isang black hole. Kung ano ang nasa loob ng sistemang ito ay hindi pa rin alam, ngunit posible na maitaguyod na sa abot-tanaw ng kaganapan ang anumang bagay ay binago sa enerhiya, ngunit, siyempre, bahagyang. Halimbawa, ang isang tao, sa paghahanap ng kanyang sarili na malapit sa punto ng walang pagbabalik, ay magbibigay ng 10 porsiyento ng kanyang bagay para sa pagproseso nito sa enerhiya. Ang figure na ito ay napakalaki, ito ay naging isang sensasyon sa mga astronomo. Ang katotohanan ay na sa Earth, kapag ang bagay ay naproseso sa enerhiya sa pamamagitan lamang ng 0.7 porsyento.