În 1783, D. Michel a calculat că dacă o stea de tipul Soarelui este comprimată la o rază de 3 km, atunci nimic și nici lumina nu-l poate lăsa - atât de mult va fi gravitatea ei. Deci a existat un concept - o gaură neagră. Cu toate acestea, termenul a fost formulat de D. Wheeler abia în 1967. Realitatea existenței unor astfel de obiecte depinde de corectitudinea teoriei gravitației, care se bazează pe teoria generală a relativității. Dar UTO în sine nu a fost confirmată experimental pentru condițiile de găuri negre supermassive.
Ce este o gaură neagră
După epuizarea combustibilului nuclear, reacțiile termonucleare se estompează și steaua începe să se comprime. Miezul este comprimat cel mai puternic, în timp ce se încălzește și încălzește învelișul din jur. Din acest motiv, există o pierdere a straturilor superioare ale stelei. Ele se extind relativ încet, ca o nebuloasă planetară. sau sunt foarte rapid expediate sub forma unei explozii de supernove. Soarta nucleului este decisă de masa stelei. Dacă nu există mai mult de trei solide, substanța degenerată va opri compresia, transformând steaua obișnuită într-un pitic neutron sau alb. Cu un nucleu mai masiv, o colaps catastrofic nu poate fi evitată, iar nucleul se micșorează atât de mult, devine o gaură neagră. Dacă într-o bună zi lumina noastră devine un astfel de corp, atunci raza sa va fi de 8,8 km.
Orizontul evenimentelor este granița regiunii din care obiectele nu pot scăpa, chiar și cu viteze de lumină. Și dimensiunea acestei zone a fost numită: raza gravitațională.
Detectarea găurilor negre
Este posibilă detectarea unei găuri negre, dacă ar face parte dintr-un sistem dual. unde două stele fierbinți s-au întors în centrul masei. În acest caz, steaua rămasă va fi afectată. Într-un astfel de sistem, materia stelei va curge într-o gaură neagră (o gaură neagră va "devora" literalmente o stea).
Substanța se va roti într-o spirală, iar în pâlnia găurii va exista o condensare și încălzirea ei. Încălzirea va continua până la apariția radiației în raza X. Prin natura acestei radiații, este posibil să se înțeleagă care obiect este observat. De asemenea, gaura neagră, care zboară în apropierea stelei, îl învârte din traiectoria obișnuită cu gravitatea ei colosală, dezvăluindu-se astfel. Găurile negre care nu au o stea-partener există, de asemenea, în calcule teoretice.
Gauri negre supermassive
Toate galaxiile, și ale noastre, au în centru găuri negre de mase incredibile. Astfel de concluzii se fac pe baza observațiilor privind mișcarea gazului interstelar și a stelelor apropiate. Steaua și gazul în mișcarea lor rotativă simt influența corpurilor masive. Calculele arată că astfel de obiecte ar trebui să aibă mase uriașe la dimensiuni mici. Numai o gaură neagră poate forța substanța. Se pare că centrul oricărei galaxii este o gaură neagră. Și masele lor sunt milioane și miliarde de mase ale Soarelui. Toate sistemele stelare observabile cu proprietățile găurilor negre au mase de 4 până la 16 cele solare. Bazându-ne pe teoria evoluției, putem concluziona că, în galaxia noastră, peste 12 miliarde de ani de viață, zeci de milioane din aceste obiecte superdense ar fi trebuit să fie formate. Observațiile astronomice confirmă acest lucru, dar natura apariției unor astfel de găuri negre supergi nu este încă clară.
O explozie mare ar putea contribui cu ușurință la apariția acestor obiecte. pentru că atunci densitatea materiei era foarte mare. Dar, probabil, găurile mici s-au evaporat, pierzând masa prin radiații și fluxurile de particule. Până în prezent, numai corpurile ar fi putut supraviețui, ale căror mase erau mai mari de 10 12 kg. Dimensiunea actuală a acestor obiecte este comparabilă cu un proton sau un neutron.
Striga teorie permite crearea de găuri negre de dimensiuni microscopice de la ciocnirea a două particule (de exemplu, protoni). Când impactul este posibil, ele sunt puternic comprimate, suficiente pentru apariția microdirecilor. Dar timpul vieții sale este neglijabil.
Găurile negre creează câmpuri gravitaționale incredibile, astfel încât spațiul și timpul din apropierea lor nu pot rămâne în starea obișnuită. Geometria acestor cantități este curbată. Cu cât este mai aproape de un obiect masiv, cu atât mai mult este curbura. La razele foarte negre, razele luminoase se rotesc în jurul cercului.
Într-un timp foarte scurt, materia din spatele orizontului evenimentelor se reduce la un punct - o singularitate. În ea densitatea și gravitația iau valori infinite. Dar toate acestea sunt valabile pentru macrocosmosul obișnuit. Microcosmosul încă nu are teoria cuantică a gravitației. Considerăm câteva proprietăți ale găurilor negre care rezultă din relativitatea generală.
- Timpul aproape de găurile negre este mai lent decât departe de ele. Dacă observăm obiectul aruncat în acest obiect, atunci mișcarea obiectului va încetini, iar vizibilitatea acestuia va fi slăbită. În cele din urmă, el se va opri și va deveni invizibil. Dar dacă observatorul sosește acolo, atunci intră instantaneu în centrul găurii, iar forțele gravitaționale îl vor rupe instantaneu.
- O proprietate interesantă - după depășirea orizontului evenimentelor: cu cât veți rezista gravității unei găuri negre și veți depune eforturi pentru a zbura, cu atât mai repede veți cădea în ea. Greu de imaginat, sunt de acord ...
- Nu contează configurația pe care corpul o are înainte de comprimare, dar după acest proces, puteți explora numai cei trei parametri. Acestea sunt sarcina electrică, masa totală și impulsul unghiular. Caracteristicile rămase ale corpului vor fi șterse. Este imposibil să se stabilească parametrii inițiali ai unei găuri negre - forma, compoziția substanței (sau antimateria).
- O gaură neagră păstrează un câmp de vârtej gravitațional dacă obiectul original se rotește. Orice corp rotativ - și Pământul prea - are acest efect. Câmpul vortexului este amplificat cu apropierea de orizontul gaurii negre. Chiar înainte ca orizontul să fie o suprafață - limita statică. Aici totul se mișcă pe o orbită în direcția de rotație a găurii. Între limita statică și orizont este ergosfera. Doar din această regiune se află scăparea particulelor în spațiu, ceea ce duce la scăderea energiei de rotație.
- Tot ceea ce se încadrează în spatele orizontului evenimentelor, cade în mod necesar în centru. unde există o singularitate. având densitate infinită. Acesta este locul unde legile fizicii și conceptele clasice de spațiu și timp nu mai funcționează.
- S. Hocking a reușit să deschidă evaporarea găurilor negre. Acest lucru este valabil pentru găurile de mase mici. Greutatea puternică în apropierea găurii dă naștere unor perechi de particule și antiparticule. Unul dintre participanții la pereche este tras în gaură, iar celălalt este scos. Se pare că o gaură neagră, având o masă de 10 12 kg, va avea proprietățile unui corp cu o temperatură de 10 11 K, care emite particule dure și quanta gamma.
Metode de măsurare a obiectelor supermassive
Principalele modalități de a determina masele și dimensiunile acestor corpuri se bazează pe studiul și măsurarea orbitelor obiectelor care se rotesc în jurul lor.
- Măsurarea directă a sursei radio. O astfel de sursă, situată aproape de orizontul evenimentelor din gaura neagră, va arăta ca un loc murdar, care este întărit de o lentilă gravitațională.
- Raportul dintre masa și luminozitate. Găurile supermassive pot fi găsite prin investigarea distribuției luminozității și a vitezei stelelor în raport cu distanța până la centrul galactic. Prezența în centrul galaxiei a unui obiect supermaziv poate confirma un raport ridicat de masă-luminozitate. Dar această metodă are o nuanță: toate semnele necesare pot indica clustere de pitici (alb și maro), stele neutronice sau găuri negre ale maselor obișnuite.
- Determinarea vitezei de rotație a gazului. Instrumentele moderne vă permit să observați obiectele individuale în apropierea centrelor galactice și să măsurați viteza mișcării lor. În special, spectrograful FOS a fost instalat pe Telescopul Spațial Hubble, cu ajutorul căruia a fost determinată structura rotativă de gaze din partea centrală a galaxiei M87.
- Viteza măsurată a surselor de microunde. Interferometrul cu o rețea de telescoape radio ne permite să observăm centrul galactic cu o rezoluție unghiulară de 0 ", 001. Într-o structură mică în formă de disc având o rază de 10 sv. Au fost găsite 17 surse mici. Prin natura rotației lor, masa obiectului central a fost determinată a fi 4.107 solare la o limită superioară a razei de miez de 0,04 sv. an.
- Observații ale traiectoriilor stelelor. Observarea razelor infraroșii are o bună eficiență. Acest lucru face posibilă măsurarea parametrilor exacți ai mișcării stelelor, care ne permit să determinăm caracteristicile corpului în centrul galaxiei. Rezultatul observării stelelor individuale în partea centrală a galaxiei noastre a fost determinarea vârstei lor. Rezultă că în apropierea găurilor negre supermassive există un proces de formare a stelelor active. Din datele obținute prin această metodă rezultă că în centrul Calei Lactee există un obiect de masă solare de 4 × 106, iar raza sa este de 0,08 au. Și este aproape sigur o gaură neagră.
Informațiile dispărute
Aceasta este o problemă foarte interesantă. Teoria clasică a gravitației sugerează că o gaură neagră nu poate fi nici redusă nici distrusă. Poate crește doar. Din aceasta rezultă că informațiile din interiorul monstrului nu dispar. El rămâne intact, dar nu este accesibil observatorului extern. Putem presupune că gaura neagră este o fereastră într-un univers paralel. Apoi, informațiile care lipsesc pot fi găsite acolo. Cu toate acestea, aceste ipoteze nu se corelează cu teoria cuantică modernă, din care rezultă că găurile se evaporă.
Evaporarea găurilor negre
Evaporarea hipotetică, sau emisia de fotoni, se numește: radiația Hawking. Astfel de procese au justificări pur teoretice. Trecând de la ele, găurile formate la nașterea universului și având mase de 10 12 kg, în timpul nostru ar trebui să se evaporeze complet. Deoarece intensitatea evaporării crește odată cu scăderea dimensiunii găurii, procesul trebuie să se termine cu o explozie. În timp ce astfel de cazuri sunt necunoscute.
Coliziunea găurilor negre
Dacă două găuri negre se ciocnesc, atunci ar trebui să fuzioneze. Acest eveniment va fi însoțit de emisia de unde gravitationale. În mărime, o astfel de energie va fi de câteva procente din masa totală de găuri. În timp ce urmărirea unor astfel de coliziuni este dificilă. Ele apar foarte departe de Pământ, iar semnalul de intrare este suficient de slab. Cu toate acestea, fenomenele ar trebui să fie cele mai intense emițătoare ale undelor gravitaționale (a căror existență nu a fost încă confirmată experimental).
Nimeni nu știe sigur ce vom vedea atunci când ne apropiem de gaura neagră. Dar este posibil ca ea să nu fie atât de neagră. Substanța care zboară spre suprafața sa, accelerează și se încălzește și, înainte de scufundări dincolo de orizontul evenimentelor, ar trebui să strălucească. Prin urmare, nu vom avea o crestătură întunecată în spațiu, ci un halo radiant care arată ca soarele în momentul eclipsei sale totale.