Черные дыры — Мир Знаний

Черные дыры

Представление о том, что существуют некие массивные звезды, чьи гравитационные силы настолько мощные, что не дают свету ускользать, существовало только в рамках научной фантастики. Но чтобы идею о темных звездах могли принять, нужны были новые физика и математика.

Йоркширский священник и ученый Джон Мичелл (1724-1793) изложил теорию о том, что если бы у света была масса, на него влияли бы силы гравитации. Если звезда имеет достаточную массу, «…весь свет от такого тела будет принудительно возвращен силой ее собственного же притяжения».

Черные дырыИдея всплыла вновь через 132 года, когда А. Эйнштейн (1879-1955) опубликовал «Общую теорию относительности». Она переопределяла гравитацию и предлагала считать ее не силой, а искажением в пространстве. Однако связь с темными звездами установил не он, а Карл Шварцшильд (1873-1916), директор астрофизической обсерватории в Потсдаме. В 1916 году, воюя на Восточном фронте, он прочел статью об общей теории относительности и написал собственную работу, которую отправил Эйнштейну, решившему ее опубликовать.

Шварцшильд сделал вывод, что силы гравитации сдавят массивную звезду в точку с неопределенной массой и нулевым объемом, именуемую сингулярностью. В пределах определенной дистанции от сингулярности, которая называется радиусом Шварцшильда, ничего, даже свет, не может покинуть эту область. Для черной дыры с массой, равной солнечной (радиус — 700 000 км), радиус Шварцшильда будет составлять всего 3 км массивные звезды перерождаются в плотные белые карлики или нейтронные звезды.

В 1939 году физик Р. Оппенгеймер (1904-1967) высказал мысль, что звезда с ядром в три раза больше, чем масса Солнца, будет испытывать полный гравитационный коллапс. В результате этого лучи света будут неуклонно сгибаться в сторону поверхности, пока вообще не смогут покинуть ее.

 Что внутри черной дыры?
Похоже, что внутри черной дыры выросли новые научные теории и научная фантастика. Многие ученые утверждают, что всякая материя, пересекающая горизонт событий, стягивается до сингулярности в центре, тем самым еще больше увеличивая черную дыру. Стивен Хокинг полагает, что какая-то часть энергии все же покидает черную дыру по принципу излучения Хокинга, пока сама черная дыра не испарится или не взорвется. Американский физик Кип Торн предположил, что черные дыры могут действовать как ворота для путешествий во времени — именно этот сюжет чаще всего встречается в научной фантастике. Но многие ученые утверждают, что при попытке попасть в такой краткий отрезок все и вся будут растянуты до неузнаваемости мощными гравитационными приливными силами. Этот процесс называется спагеттификацией (или растягиванием).

ОБНАРУЖЕНИЕ ПУЛЬСАРОВ

В 1958 году американский физик Дэвид Финкельштейн описал радиус Шварцшильда как точку невозврата, которая затягивает материю внутрь. Он назвал эту границу горизонтом событий.

В 1967 году радиоастроном Дж. Белл обнаружила пульсирующие нейтронные звезды — т. н. пульсары. Если нейтронные звезды (плотные звезды, обваливающиеся внутрь под действием гравитации) существуют, то тогда могут существовать и темные звезды. В том же году в ходе дискуссии «Наша Вселенная: известное и неизвестное» физик Джон Уиллер (1911-2008) придумал термин «черная дыра».

Через три года британские ученые Р. Пенроуз и С. Хокинг разработали математическую модель на основе общей теории относительности, доказывающую: черные дыры существуют и в нашей Вселенной их бесчисленное множество.

ТЕМНЫЕ СЕРДЦА

Вооруженные этими новыми знаниями ученые могли теперь искать черные дыры и спорить об их природе. Но как же обнаружить черную дыру, если она невидима? Нужно поискать гипертрофированные орбиты, демонстрирующие звезды под влиянием мощной гравитационной силы. Этот подход привел к открытию сверхмассивных черных дыр в сердце галактик, которые создаются в результате гравитационного коллапса огромных облаков межзвездной пыли и газа. Астрономы даже нашли такую черную дыру в центре нашего Млечного Пути.

Черная дыра в Млечном пути 

Примерно на расстоянии 26 000 световых лет в созвездии Стрельца в самом центре Млечного Пути лежит мощный источник радиоволн, названный Стрелец A (Sgr А). Целое десятилетие ученые изучали звезды в галактическом центре. Они рассчитали, что масса Sgr А составляет массу 2,6 млн звезд. Самые подробные наблюдения, используемые для этих расчетов, велись за звездой S2, которая совершает виток по своей эллиптической орбите за 15 лет. При максимальном приближении она находится на расстоянии всего 17 световых часов от Sgr А. Таким образом, каким бы объектом ни был Sgr А, по размеру он может быть даже меньше, чем это расстояние.

Исследователи обнаружили рентгеновские и радиоисточники, называемые активными галактиками, которые излучают энергию в количестве, равном миллиарду Солнц.

МОЩНАЯ ЭНЕРГИЯ

Такой уровень энергии может излучать только сверхмассивная черная дыра. Самые мощные активные ядра галактик, или квазары, считаются наиболее неистовыми и жестокими объектами во Вселенной, возможно, также из-за наличия в их центре сверхмассивных черных дыр. Все они находятся очень далеко, поэтому существовали только в период младенчества нашей Вселенной. Вероятно, что все галактики начинают свою жизнь как квазары, затем успокаиваются по мере истощения запаса топлива в их черных дырах.

Астрономы могут выявлять тепло, которое генерируется вокруг черной дыры по мере того, как она втягивает в себя материю из космоса или звезду-компаньона. В результате этого образуете я вращающийся аккреционный диск из газа и пыли, который по спирали движется вокруг черной дыры, пока его не затянет внутрь. Такие диски могут достигать температуры в 100 млн °С.

В 1998 году рентгеновский спутник-телескоп НАСА «Росси» наблюдал за системой двойной звезды ХТЕ J1550-564, когда вдруг обнаружил мощные рентгеновские потоки, вырвавшиеся из черной дыры почти со скоростью света. Рентгеновский телескоп «Чандра» следил дальше за этими потоками и увидел, как они замедлились и постепенно исчезли.

ИСКУССТВЕННЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ

Но можно ли увидеть черную дыру? Стивен Хокинг говорит, что «да». На границе черной дыры античастицы всасываются внутрь, не допуская сокращения ее размеров.

В сентябре 2008 года в Женеве начал работу крупнейший в мире ускоритель частиц — большой адронный коллайдер, вызвавший неоднозначную реакцию в мире, поскольку стали поговаривать, будто побочным действием от столкновения субатомных частиц может оказаться появление микроскопических черных дыр, которые поглотят всю Землю.

Подобные страхи в отношении коллайдера тяжелых ионов из США не оправдались.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях