Чорні діри у Всесвіті – визначення та цікаві факти

Чорні діри у Всесвіті – космічна загадка як для дослідників неозорого темного простору поточних днів, так і для вчених стародавніх цивілізацій.

Що в центрі фізичної аномалії? Які фізичні правила діють там? Наскільки мінливий час? Чому навіть квантові частинки світлового потоку губляться в ній?

Можливо, ми відкриємо темну завісу. Спираючись на теоретичні дані фізики і Праці вчених, заглянемо за горизонт подій.

Що таке чорна діра у Всесвіті і як вона виглядає

Визначення зводиться до однієї точки в просторі, гравітаційне збурення якої настільки сильне, що здатне поглинути світло.

Чому? Розмір матеріального простору дуже маленький. Подібне явище може бути викликано смертю зірки.

Варто відзначити: дірку не можна вважати матеріальною одиницею – це об’єкт, де відбувається спотворення тимчасової течії і трьох загальноприйнятих вимірів.

Звичні геометричні формули в цій точці не діють.

Існує три відомі моделі дірок. Назвемо їх види:

• Надмалі чорні діри – розмір цих аномалій можна порівняти з атомом, але їх маса з невелику гору.
• “Зоряні” просторові розриви середнього розміру з масою, двадцятикратно перевищує Сонце. Одна з таких знаходиться в «Чумацькому Шляху».
• Найбільші, із середньою масою в мільйон сонць.

Як утворюється чорна діра і що знаходиться всередині

Народження споконвічних чорних зірок вчені пов’язують з теорією першого вибуху, а також з раннім періодом утворення Всесвіту.

Зоряні темні діри з’являються в результаті охолодження ядра масивної зірки, коли сила гравітації здавлює її до самознищення. Подібний ефект провокує появу наднової, яка і розриває частину зоряного простору.

Існує теорія про походження надмасивних чорних дір: вони утворилися одночасно з галактикою, в якій знаходяться.

Для докладного вивчення і розуміння того, як влаштована «діра», потрібно детально розглянути найважливіше явище космосу – гравітацію. Вона є ключовою силою у визначенні будови “кротових нір”, здатних поглинути зоряне світло.

Відомо також, що чорні діри не зовсім чорні, але випромінюють невелику кількість теплового випромінювання при температурі T = π c3 / 8 π K G m, де m — маса чорної діри.

Тобто у подібних аномалій є свого роду випаровування. Так, для діри, масою в 6 сонць, т = 10-8 К.

Що буде, якщо потрапити в чорну діру

Людству не судилося описати або задокументувати дане явище. Неможливо зрозуміти події, що відбуваються в космічній аномалії – в цьому полягає головна проблема.

Однак, падіння за горизонт подій, де немає матерії, цілком можливо. Навіть людина могла б потрапити в неї, але його чекає, на думку багатьох фантастів, мало приємного через величезну гравітаційної сили. Насправді статися може все що завгодно.

Горизонт подій, де час і простір спотворюється, стане відображенням декількох варіацій майбутнього для мандрівника. Можливо, за точкою неповернення буде відкриття нового світу, паралельної всесвіту.

Чорна діра веде в темні, ще невідомі глибини космосу, а якщо подумати, що все в світі збалансовано, то в кінцевому підсумку вона може вивести до нової зірки. Смерть планети – чорна діра, але вона ж може стати і народженням нової галактики.

Найбільша чорна діра у Всесвіті

Гігантська чорна діра була відкрита в другій половині 18 століття британським астрономом в 94-х мільйонах парсеках від Землі. У центрі галактики NGC 4889.

Назва космічного об’єкта – це перші літери обсерваторій, які по-англійськи звучать так: North Gemini & Cec.

Вага чорної діри, що утворила галактику, становить понад 21 млрд. мас Сонця. Найбільший із зафіксованих горизонт подій має діаметр в 67,5 млрд.кілометрів. Це в 15 разів більше, ніж відстань від Нептуна до Сонця.

Найближча чорна діра до Землі

Наскільки небезпечні подібні космічні аномалії, сказати складно. Розміри і розташування подібних об’єктів астрономи встановлюють, керуючись тільки навколишнім простором. Тому зіткнення, якщо воно і станеться, не матиме ніякого значення для жителів планети Земля.

Найближча до нас чорна діра, яку визначають вчені – це “Моноцеротес” (V616), також відомий як Mon (V616). Віддалена від нашої системи на безпечну відстань (3 тисячі світлових років). Її маса перевищує масу Сонця в 9-13 разів.

Наступна найближча чорна діра (“Сігнус Ікс-1”) знаходиться приблизно в 6 тисяч світлових років. Вона має приблизно п’ятнадцятикратне масове перевищення над сонцем.

Цікаві факти про чорні діри в космосі

Теоретична фізика допускає, що темні діри випромінюють невелику кількість частинок фотона і тому можуть втратити масу і зникнути.

Припустимо людина проживе досить довго, щоб описати падіння в чорну діру. Вчені припускають, що спочатку б він відчув невагомість, а потім, у міру наближення до центру діри, відчув інтенсивні приливні гравітаційні сили. Але все це тільки припущення і здогадки, а так само таємниця, яка людству поки недоступна.

“Практично у вас на подвір’ї”: чорна діра так близько, що її можна знайти без телескопа

Зроблене з допомогою нового способу спостережень відкриття змушує думати, що подібних об’єктів у відносній близькості від Сонячної системи значно більше, ніж вважали дотепер.

Чорна діра, виявлена дослідниками з Європейської південної обсерваторії у Чилі (ESO), знаходиться на відстані 1000 світлових років від Землі – ближче до Сонячної системи, ніж будь-яка інша зі знайдених раніше.

Вона до нас настільки близько, що пильний спостерігач у Південній півкулі у ясну ніч може побачити дві зірки, що обертаються навколо неї, навіть без бінокля.

Відстань у тисячу світлових років може здатися величезною у земних масштабах, але за космічними мірками це практично поруч.

Для порівняння, чорна діра, розташована у центрі нашої галактики Чумацький Шлях, знаходиться за 25 тис. світових років від Сонця. А чорна діра, яку вдалося сфотографувати групі вчених минулого року, знаходиться на відстані близько 50 мільйонів світлових років, або майже 500 квінтильйонів (500 мільйонів трильйонів) кілометрів.

Чорна діра, про виявлення якої оголосили 6 травня, входить до складу сузір’я Телескоп і розташована в центрі потрійний зоряної системи HR 6819. За цікавим збігом, вчені виявили цей об’єкт, відстеживши за допомогою телескопа рух кількох зірок, що обертаються довкола нього.

Хоч саму чорну діру побачити неможливо, її супроводжують дві доволі яскраві зірки, які у телескоп виглядають як одна блискуча точка.

Спираючись на характерне світіння, астрономи спочатку припускали, що мають справу з подвійною зіркою.

Однак дослідники з ESO за допомогою потужного телескопа з діаметром дзеркала 2,2 м, встановленого на горі Ла-Сілья у південній частині пустелі Атакама, змогли відстежити характер обертання двох цих зірок і виявити ознаки наявності третього, невидимого об’єкта.

Аналізуючи отримані дані, вони помітили, що одна з двох видимих зірок здійснює повний оберт навколо якогось об’єкта кожні 40 днів, тоді як друга перебуває на значній відстані.

“Очевидно, що невидимий об’єкт вагою, що у чотири рази перевищує сонячну, не може бути нічим іншим, як чорною дірою”, – говорить керівник дослідницької групи, що виявила об’єкт, Томас Рівініус.

“У масштабах Чумацького шляху вона – практично у вас на подвір’ї”, – додає вчений.

Що таке чорна діра?

Автор фото, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Зазвичай чорні діри виявляють завдяки їхній взаємодії з іншими космічними тілами – наприклад, коли вона поглинає найближчу зірку

• Чорна діра – це зона простору-часу, сила гравітації в якій настільки велика, що ніякі об’єкти або хвилі не можуть її залишити
• Попри назву, чорна діра насправді не порожня зсередини. Навпаки, вона наповнена величезною масою матерії, що створює величезну силу тяжіння
• Навколо чорної діри є зона, яку називають горизонтом подій. Це уявна межа у просторі, “точка неповернення”, після перетину якої вирватися з гравітаційної пастки вже неможливо.

Астрономи вважають, що це відкриття – верхівка айсберга, і в нашій Галактиці може знаходитися безліч чорних дір, подібних до цієї.

“Мабуть, там сотні мільйонів таких зірок, але поки нам відомо лише кілька, – каже Томас Рівініус. – Більш чітке розуміння того, на що слід звертати увагу, допоможе нам у пошуку”.

Результати свого відкриття вчені описали у статті, опублікованій в журналі Astronomy & Astrophysics.

Найчастіше чорні діри виявляють завдяки своєрідним актам насильства, які вони чинять над іншими космічними тілами, що перебувають у сфері їхнього тяжіння. Чорна діра в системі HR 6819 – один з перших подібних об’єктів зоряної маси, який напряму не взаємодіє з навколишнім космосом, що робить його справжньою чорною дірою.

“Дізнаватися про тигрових акул цікавіше, ніж про кільку”

Про те, як вченим вдалося виявити цю чорну діру і як вивчення подібних таємничих об’єктів може допомогти у вивченні будови Всесвіту, Російська служба Бі-бі-сі запитала професора Російської академії наук (РАН) астрофізика Сергія Попова.

ВВС: Як саме виявили цю чорну діру?

Сергій Попов: Чорна діра входить до складу потрійної системи. Є пара з двох об’єктів і третій об’єкт, що обертається зовні по широкій орбіті. За допомогою телескопа можна вивчати зовнішню зірку і один з об’єктів у внутрішній системі.

Науковці намагалися зрозуміти, що собою являє третій невидимий об’єкт. Зокрема, вивчали швидкість руху двох видимих зірок у цій системі, і під час обробки даних виявилося, що невидимий об’єкт, найімовірніше, і є чорна діра.

Саме у такий спосіб пропонували шукати чорні діри 50-60 років тому, коли ще не знали жодної з них.

Технічно це важко реалізувати у масовому порядку, адже ми не знаємо, куди треба дивитися. Тому необхідно просіювати величезну кількість зірок, чим і займаються вчені.

Починаючи з 1970-х рр., чорні діри виявляли у подвійних системах за рентгенівським випромінюванням: яскравих рентгенівських джерел на небі не так уже й багато – набагато менше ніж зірок. І в них часто центральними об’єктами, на які тече зоряна речовина, виявляються чорні діри.

Автор фото, ESO/José Francisco Salgado

Обсерваторія Ла-Сілья в Чилі

Отже, тільки в нашій Галактиці ми знаємо десятки подвійних систем з чорними дірами завдяки рентгенівським спостереженням.

Однак, схоже, що в найближчі роки головні поповнення в зоопарку відомих дірок у подвійних системах будуть пов’язані не з рентгенівською, а з оптичною астрономією. Цю методику будуть застосовувати частіше, тому що такі дослідження можна проводити за допомогою відносно недорогих телескопів.

ВВС: Чому це відкриття таке важливе?

У першу чергу, це цікаво тим, хто вивчає еволюцію подвійних і потрійних зірок. Наскільки мені відомо, це перша чорна діра в потрійній системі. Це гарно виглядає, але фундаментальної значущості, окрім особливості еволюції подвійних-потрійних систем, вона, на мій погляд, не має.

Це відкриття ще потребує підтвердження – наприклад, з боку незалежних груп вчених. На відміну від недавнього фото чорної діри – великого проєкту з великою кількістю учасників, у невеликих проєктах часто виявляється, що система потребує більш ретельного вивчення та доопрацювання.

Наприклад, коли в листопаді минулого року група астрономів заявила про виявлення надзвичайно масивної чорної діри в подвійній системі, вчені кинулися всі перевіряти. І виявилося, що діри там немає.

Будемо сподіватися, що в цьому випадку відкриття не скасують. До того ж залишаються сумніви, що це дійсно найближча з відомих чорних дір. Точність вимірювання відстаней поки недостатньо висока, і, можливо, попередній рекорд – що належить, до речі, рентгенівській подвійній системі, – втримається.

Автор фото, Getty Images

Дослідження чорних дір допомагають наблизити нас до розуміння фундаментальних властивостей гравітації

ВВС: Чому чорні діри важливі для наукового світу і для нас? Що вони нам можуть розповісти?

Чорні діри – загадкові об’єкти, що користуються особливою популярністю у широкого загалу. Це дійсно унікальні об’єкти, в них дія гравітації проявляється найсильнішим і найцікавішим чином.

Це призводить до різноманітних незвичайних ефектів, з якими ми не стикаємося в реальному житті. Наприклад, значне викривлення траєкторії світлових променів, значне уповільнення часу. Ці ефекти можна виміряти за допомогою точних приладів і на Землі, але в чорних дірах це проявляється набагато сильніше, чим і пояснюється додатковий інтерес до них.

Головна роль вивчення чорних дір – в тому, що вони допомагають нам наблизитися до розуміння фундаментальних властивостей гравітації.

Те, з чим ми не стикаємося в реальному житті, часто викликає більший інтерес. Наприклад, гігантська китова акула не набагато цікавіша за кільку з точки зору фундаментальної біології: і ті, і інші – риби. Але з кількою ми постійно стикаємося, а китових акул бачимо переважно по телевізору.

У цьому сенсі людям цікавіше дізнатися про китових акул, ніж про кільку. Хоча з точки зору фізіології риб, різниця не така вже й велика.

Хочете отримувати найважливіші новини в месенджер? Підписуйтеся на наш Telegram.

Як утворюється чорна діра

Однією з найбільш страшних елементів у Всесвіті є чорна діра. За підрахунками, центр нашої галактики утворений надмасивною чорною дірою. Йдеться про точку, сила тяжіння практично нескінченна і вона намагається «проковтнути» все на своєму шляху. Наука вивчала як утворюється чорна діра і які шанси на те, що вони стають більшими.

Тому ми присвятимо цю статтю, щоб розповісти вам, як утворюється чорна діра та які її характеристики.

ключові особливості

Ці чорні діри – не що інше, як залишки давніх зірок, яких більше не існує. Зірки, як правило, мають багато речовини і частинок, тому вони мають багато сили тяжіння. Потрібно просто подивитися, як на Сонці постійно оточують 8 планет та інші зірки. Сонячна система існує завдяки силі тяжіння Сонця. Земля її приваблює, але це не означає, що ми все ближче і ближче до сонця.

Багато зірок закінчують своє життя у вигляді білих карликів або нейтронних зірок. Чорні діри є завершальним етапом еволюції цих зірок, набагато більших за сонце. Хоча люди думають, що сонце велике, воно все ж є середньою зіркою (навіть маленькою, якщо порівнювати з іншими зірками). Ось чому є зірки, розміри яких у 10 і 15 разів більші за сонце, а коли вони перестануть існувати, вони утворять чорну діру.

Якщо жодна сила не може зупинити дію сили тяжіння, з’явиться чорна діра, яка може зменшити весь простір і стискати його до тих пір, поки об’єм не стане нулем. На даний момент можна сказати, що щільність нескінченна. Іншими словами, кількість речовини, яка може бути в нульовому об’ємі, необмежена. Отже, гравітаційна сила цієї чорної плями також нескінченна. Ніщо не може уникнути цієї привабливості.

У цьому випадку навіть світло, яким володіє зірка, не може уникнути сили тяжіння і потрапляє у власну орбіту. З цієї причини її називають чорною дірою, оскільки в такому обсязі нескінченної щільності та сили тяжіння навіть світло не може випромінювати світло. Хоча гравітація нескінченна лише в точці нульового об’єму, де простір згортається, ці чорні діри притягують матерію та енергію один до одного.

Як утворюється чорна діра

Чорні діри складаються лише з дуже масивних зірок. Коли в кінці життя у них закінчується паливо, вони катастрофічно і нестримно руйнуються, а коли обвалюються, утворюють у космосі свердловину – чорну діру. Якщо вони не такі великі, матеріал, що їх робить, може запобігти їх руйнуванню та утворенню вмираючої зірки, яка ледве випромінює світло: білий карлик або нейтронна зірка.

Різниця між чорними дірами полягає в їх розмірі. Зірки – це ті, що мають масу, еквівалентну масі сонця, і радіус у десятки або сотні кілометрів. Ті, у кого маса Сонця в мільйони або навіть мільярди разів перевищує масу Сонця, є надмасивними чорними дірами в ядрі галактик.

Також можуть бути проміжні чорні діри, сотні тисяч сонячних мас і ранні чорні діри, що утворилися на початку Всесвіту, і їх маси можуть бути дуже малими. Їх гравітаційне тяжіння настільки велике, що вони не можуть просто уникнути його притягання. Якщо найшвидше світло у нашому Всесвіті неможливо вимкнути, то нічого не можна вимкнути.

Сила чорної діри

Хоча завжди думали, що чорна діра приверне все навколо і поглине, це не так. Щоб планета, світло та інші речовини були поглинуті чорною дірою, ви повинні бути занадто близько до нього, щоб вас приваблював його центр діяльності. Досягнувши точки неповернення, ви потрапляєте в горизонт подій, де неможливо врятуватися.

І як тільки ми входимо в горизонт подій, ми можемо рухатися, ми повинні мати можливість рухатися швидше, ніж світло. Розмір чорної діри дуже малий. Чорна діра, така як ті, що знаходяться в центрах деяких галактик, він має радіус до 3 мільйонів кілометрів. Є більш-менш близько 4 таких сонечок, як наше. Якщо чорна діра має таку ж масу, як наше сонце, то її діаметр становить лише 3 кілометри. Як завжди, ці простори можуть бути страшними, але все у Всесвіті є.

Слід підкреслити, що чорна діра може затримати в ній всю матерію і сам простір-час. Він не тільки може вловлювати світло, але це центр із таким центром ваги, що може посилити все, що ми говоримо. Сам отвір абсолютно чорний і не має особливостей. До цього часу вони не змогли повернутися додому через великий вплив, який вони мали на навколишнє середовище. Вони також відомі величезною енергією, яку вони виділяють.

Ось чому перший вплив чорної діри відбувається завдяки використанню мережі дзеркал. Ці радіоскопи можуть вимірювати випромінювання з космосу. Це не вказує нам на Всесвіт, як телескоп. Для конкретного виявлення двох чорних дір був використаний флюороскоп. Одна з них – надмасивна чорна діра в центрі нашої галактики.

Еволюція чорної діри

Оскільки вони маленькі і темні, ми не можемо спостерігати їх безпосередньо. Через це вчені давно підозрювали про його існування. Те, що, як відомо, існує, але не може бути розглянуте безпосередньо. Побачити чорну діру ви повинні виміряти масу області космосу і шукати регіони з великою кількістю темної маси.

У двійкових зоряних системах багато чорних дір. Вони залучають багато маси зірок навколо них. Коли воно привертає ці якості, його розмір збільшується і стає більшим. Одного разу зірка-супутник, від якої походить маса, повністю зникне.

Як бачите, однією з найбільш вивчених речей у Всесвіті є те, як утворюється чорна діра. Я сподіваюся, що за допомогою цієї інформації ви зможете дізнатись більше про те, як утворюється чорна діра та які її характеристики.

Повний шлях до статті: Мережева метеорологія » Астрономія » Як утворюється чорна діра