Чорна діра

Що таке чорна діра:

Чорна діра - це космічне явище дуже високих пропорцій (зазвичай більше, ніж Сонце) і надзвичайно компактна маса, в результаті чого гравітаційне поле настільки сильне, що жодна частинка або випромінювання не можуть вийти.

Враховуючи, що навіть світло всмоктується, чорні діри невидимі, і їх існування свідчить лише про гравітаційні наслідки, що спостерігаються в її оточенні, особливо за змінами орбіт навколо небесних тіл, які тепер приваблюють чорна діра.

Теоретично, тільки те, що рухається зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, зможе витримати гравітаційне поле чорної діри. З цієї причини неможливо точно знати, що відбувається з відсмоктуваною справою.

Наскільки велика чорна діра?

Чорні діри існують у різних розмірах. Маловідомі науці називаються споконвічними чорними дірами і вважаються розмірами атома, але з загальною масою гори.

Середні чорні діри (маса яких до 20 разів перевищує загальну масу Сонця) називаються зоряними . У цій категорії найменша чорна діра виявила в 3, 8 рази більше сонячної маси.

Найбільші каталогізовані чорні діри називаються супермасивними, часто зустрічаються в центрі галактик. Як приклад, у центрі Чумацького Шляху знаходиться Стрілець А, чорна діра з масою, еквівалентною 4 мільйонам разів більше Сонця.

До цих пір найбільша відома чорна діра називається S50014 + 81, маса якої дорівнює сорока мільярдам разів більше маси Сонця.

Як формуються чорні діри?

Чорні діри утворюються з гравітаційних руйнувань небесних тіл. Ці явища виникають тоді, коли внутрішній тиск тіла (зазвичай зірок) недостатньо для підтримки власної маси. Тому, коли ядро зірки згортається внаслідок гравітації, небесне тіло вибухає, виділяючи величезну кількість енергії в подію, відому як наднова .

Візуальне представлення наднової.

Під час наднової зірки в масі секунди вся маса зірки стискається в своє ядро при переміщенні приблизно на 1/4 швидкості світла (у тому числі в цей момент створюються найважчі елементи Всесвіту).

Тоді вибух дасть початок нейтронній зірці або, якщо зірка буде достатньо великою, результатом буде формування чорної діри, чия астрономічна кількість концентрованої маси створює вищезгадане гравітаційне поле. У ній швидкість виходу (швидкість, необхідна для того, щоб деяка частинка або випромінювання протистояти тяжіння) повинна бути принаймні більшою, ніж швидкість світла.

Типи чорних дір

Німецький фізик-теоретик Альберт Ейнштейн сформулював набір гіпотез, пов'язаних з гравітацією, які послужили основою для виникнення сучасної фізики. Цей набір ідей отримав назву Теорія загальної теорії відносності, в якій вчений зробив кілька інноваційних спостережень про гравітаційні ефекти чорних дір.

Для Ейнштейна чорні діри - це "деформації в просторі-часі, викликані масивною кількістю концентрованої речовини". Його теорії сприяли швидкому розвитку регіону і дозволяли класифікувати різні типи чорних дір:

Чорна діра Шварцшильда

Чорні діри Шварцшильда - це ті, які не мають електричного заряду, а також не мають кутового імпульсу, тобто не обертаються навколо своєї осі.

Керр Чорна діра

Чорні діри Керра не мають електричного заряду, але вони обертаються навколо своєї осі.

Чорна діра Reissner-Nordstrom

Чорні діри Reissner-Nordstrom мають електричний заряд, але не обертаються навколо своєї осі.

Чорна діра Керра-Ньюмана

Чорні діри Керра-Ньюмена електрично заряджаються і обертаються навколо своєї осі.

Теоретично, всі типи чорних дір з часом стають чорними дірками Шварцшильда (статичними і без електричних зарядів), коли вони втрачають достатньо енергії і перестають обертатися. Це явище відоме як процес Пенроуза . У цих випадках єдиним способом диференціювати одну чорну діру від Шварцшильда від іншої є вимірювання її маси.

Структура чорної діри

Чорні діри невидимі, оскільки їхнє гравітаційне поле неминуче навіть для світла. Таким чином, чорна діра має вигляд темної поверхні, з якої нічого не відображається, і немає доказів того, що відбувається з елементами, які всмоктуються в нього. Однак, з огляду на наслідки, які вони викликають у своєму оточенні, наука структурує чорні діри в горизонті подій, особливості та ергосфері .

Горизонт подій

Межа гравітаційного поля чорної діри, від якої не спостерігається нічого, називається горизонтом подій або точкою відсутності повернення .

Графічне представлення горизонту подій, доступне NASA, в якому спостерігається ідеальна сфера, звідки не випромінюється світло.

Хоча це насправді тільки гравітаційні наслідки, горизонт подій вважається частиною структури чорної діри, тому що це початок спостережуваної області явища.

Відомо, що його форма ідеально сферична в статичних чорних дірах і косою в обертових чорних дірах.

Завдяки гравітаційному розширенню часу вплив маси чорної діри на простір-час призводить до того, що горизонт подій, навіть за його межами, має наступні ефекти:

Для далекого спостерігача годинник біля горизонту подій рухався б повільніше, ніж інший, далі. Таким чином, будь-який об'єкт, який всмоктується в чорну дірку, здається, сповільниться, поки не здасться паралізованим у часі.
Для далекого спостерігача об'єкт, що наближається до горизонту подій, припускає червонуватий відтінок, що є наслідком фізичного явища, що називається червоним зсувом, оскільки частота світла зменшується гравітаційним полем чорної діри.
З точки зору об'єкта, час проходив би прискореною швидкістю для всього Всесвіту, а для себе час проходив би нормально.

Сингулярність

Центральною точкою чорної діри, де маса зірки нескінченно сконцентрована, називається сингулярністю, про яку мало відомо. У теорії особливість містить загальну масу зірки, що згорнулася, додану до маси всіх тіл, всмоктуваних гравітаційним полем, але не має обсягу або поверхні.

Ергосфера

Ергосфера - це область, яка обходить горизонт подій у чорних дірах, що обертаються, в яких небесне тіло не може стояти на місці.

Проте, згідно з теорією відносності Ейнштейна, будь-який обертовий об'єкт має тенденцію тягнути простір-час, близький до нього. У чорній дірці, що обертається, цей ефект настільки сильний, що необхідно, щоб небесне тіло рухалося в протилежному напрямку зі швидкістю, більшою, ніж світла, щоб залишатися нерухомим.

Важливо не плутати ефекти ергосфери з ефектами горизонту подій. Ергосфера не приваблює об'єктів гравітаційним полем. Таким чином, все, що входить в контакт з нею, буде переміщено лише в просторі-часі і буде залучене лише в тому випадку, якщо воно перетинає горизонт подій.

Теорії Стівена Хокінга про чорні діри

Стівен Хокінг був одним з найвпливовіших фізиків і космологів ХХ і ХХІ ст., Серед його численних внесків, Хокінг вирішив кілька теорем, запропонованих Ейнштейном, які сприяли теорії про початок всесвіту в сингулярності, що ще більше підкріплює так звану теорію Великий вибух .

Хокінг також вважав, що чорні діри не повністю чорні, але виділяють невеликі кількості теплового випромінювання. Цей ефект був відомий у фізиці як радіація Хокінга . Ця теорія передбачає, що чорні діри втратять масу з вивільненим випромінюванням і в надзвичайно повільному процесі зменшиться до зникнення.