Популярно о чёрных дырах
Какого именно размера была бы отечественная планета, если бы стала черной дырой? Откуда берутся сверхмассивные дыры в центрах галактик? Способны ли микроскопические дыры, приобретаемые на коллайдерах, «засосать» Почву?
Что неспециализированного у чёрной дыры и тёмной материи? Обо всём этом поведал помощник директора по научной работе Основной (Пулковской) Астрономической Обсерватории, врач физико-математических наук, доктор наук, академик РАЕН Юрий Гнедин.
Черная дыра в галактике NGC 300 в представлении живописца
©ESO/L. Calcada/M.Kornmesser
— Юрий Николаевич, что же такое «какие характеристики» и чёрная дыра она имеет? Имеется ли догадки – как устроена изнутри черная дыра?
— Черная дыра – это объект, у которого вторая космическая скорость равна скорости света. И тут имеется кое-какие занимательные изюминки, поскольку появляется вопрос – а каков размер радиуса для того чтобы объекта?
Данный вопрос, кстати, в 1795 году поставил перед собой еще математик Лаплас, что был тем, кто еще до Эйнштейна практически предсказал существование черных дыр.
Так вот, чтобы посчитать данный радиус – нужно забрать простую кинетическую энергию частиц, т.е. массу частицы умножить на квадрат скорости, поделить пополам и приравнять к гравитационной энергии. Лишь необходимо помнить, что в качестве скорости в этом случае будет выступать скорость света.
Как раз исходя из этого и появляется парадокс – так как эта формула есть нерелятивистской, а мы в нее поставили скорость света. Однако, получается необычная вещь – в таковой формуле все поправки компенсируют друг друга и именно она оказывается верной.
Наряду с этим весьма интересно было подсчитать, каким должен быть радиус у Солнца, дабы вторая космическая скорость равнялась скорости света? Размер радиуса зависит от массы, исходя из этого у Солнца он будет равен 3 км.
А понимаете, сколько будет равен радиус Почвы, дабы вторая космическая скорость равнялась скорости света, – 9 мм! Но Солнце не сможет превратиться в черную дыру, по причине того, что внутреннее давление его таково, что оно своевременно остановит сжатие, а образование черной дыры, как мы знаем, происходит в следствии сильного сжатия.
Сжатие, как мы знаем, происходит лишь по окончании того, как звезда перейдет в фазу умирания, в то время, когда ее горючее закончится, по причине того, что в ходе судьбы ее уравновешивают происходящие в ней процессы термоядерного синтеза. Но имеется кроме этого и дополнительные силы, каковые смогут остановить сжатие.
К примеру, вырожденные электронные газы – весьма концентрированные, сжатые газы электронов. Исходя из этого происхождение черной дыры во многом зависит от массы звезды, из которой она покажется.
Отечественное Солнце, как мы уже сообщили, черной дырой не станет – ему не хватит массы – а станет белым карликом. Чтобы появилась черная дыра – масса звезды должна быть больше трех весов Солнца.
Юрий Гнедин
©Ольга Фадеева
— Но звезд, имеющих такие огромные веса, – довольно много, их миллиарды и миллионы. Неужто по окончании их умирания покажутся и миллиарды черных дыр?
— Ответ на данный вопрос неоднозначен. Дело в том, что при сжатии звезда теряет часть собственной массы, исходя из этого неясно какова должна быть конечная масса, дабы звезда коллапсировала в черную дыру.
Так что в случае если кроме того звезда имеет четыре массы Солнца – это еще не свидетельствует, что она превратится в черную дыру – при сжатии она может лишиться половины данной массы.
Превратившись в черную дыру, звезда будет иметь радиус, при котором вторая космическая скорость будет равна скорости света. Это и имеется наиболее значимая черта черной дыры.
Тут необходимо помнить, что это не обязательно радиус поверхности. По большому счету, в случае если жёсткая поверхность и имеется у черной дыры, то она лежит дальше.
Радиус горизонта событий зависит не только от массы, но и от того, вращается черная дыра либо нет. А черная дыра может вращаться со скоростью света.
И если она вращается как раз с данной скоростью, то радиус таковой дыры возможно вдвое меньше если сравнивать с радиусом не вращающейся. Мы говорили, что если бы Солнце гипотетически имело возможность бы стать черной дырой, то радиус его должен был быть равен 3 км.
Так вот, если бы оно вращалось со скоростью света – данный радиус имел возможность бы быть уже всего 1,5 км.
А вот как устроена черная дыра изнутри – не знает никто. Само собой разумеется, астрофизики догадываются, что природа черной дыры как-то связана с квантовой гравитацией.
По причине того, что черная дыра – объект такой плотный, что не подчиняется законам Ньютона, хорошей физике, в ней действуют совсем другие законы. В это же время, у нас имеется только понятие о квантовой гравитации, которое не создано до сих пор, не смотря на то, что ученые на данный момент занимаются этим довольно много.
В связи с понятием квантовой гравитации, кстати, кроме того появляются представления о дополнительном пространственном измерении. И не одном, а нескольких.
Одни теоретики разрабатывают идею о пяти дополнительных измерениях, другие говорят, что мы живем в мире одиннадцати измерений. Этими вопросами занимаются теоретики струн.
Но, повторюсь, никаких стройных догадок об устройстве черных дыр вследствие этого до тех пор пока нет.
Черная дыра в созвездии Единорога и ее спутница
B(e)-звезда в представлении живописца
©Casares et al./ Nature / NPG
— Неспециализированная теория относительности, как мы знаем, не есть полной – она не включает в себя квантовую механику. Как раз исходя из этого в научном мире все еще остаются скептики, каковые сомневаются в существовании черных дыр.
Что вы думаете по этому поводу?
— Кое-какие ученые при обнаружении черной дыры все еще говорят о «кандидате» в черные дыры, а не о черной дыре. Но большая часть астрофизиков и астрономов, само собой разумеется, не сомневается в их существовании. И вот из-за чего.
Наука постоянно интересовалось тем, как устроены центры галактик. Изначально пологали, что центр любой галактики складывается из скопления звезд.
Очевидно, радиус этого скопления неизменно возможно измерить – достаточно измерить переменность излучения от центра галактики и умножить это время на скорость света. Посредством простых законов Кеплера возможно измерить кроме этого и массу центра галактики.
Масса центра отечественной галактики, к примеру, равна 4 млн весов Солнца. А имеется галактики, масса центра которых образовывает миллиарды солнечных весов.
Другими словами подсчитать все это совсем несложно, и в 1960-х годах именно это астрологи и сделали. И столкнулись с неразрешимой проблемой – у них оказались легко большие цифры. Та масса, тот размер центра галактики просто не умещался в количество, ему отведенный.
4 млн звезд размером с отечественное Солнце просто не имели возможность существовать в таком мелком пространстве. Этого не разрешают законы физики, поскольку подобная система будет неустойчивой, и все разлетится. Как решить эту проблему – не было человека, кто знал.
Помощь пришла, в то время, когда показалась рентгеновская астрономия. При изучении рентгеновских сигналов, поступающих из центров галактик, внезапно стало известно, что рентгеновское излучение этих центральных областей изменяется за небольшой временной отрезок – к примеру, за сто секунд.
Это совсем доказало, что миллиарды и миллионы звезд не смогут существовать в таком мелком количестве. Как раз исходя из этого ученые уверенны, что в центре любой галактики находится черная дыра.
Черная дыра в галактике M 83
©Hubble Legacy Archive, ESA, NASA
— Как мы уже узнали, существует два типа черных дыр: те, что рождаются в ходе умирания звезд, и те, что находятся в центрах галактик. Как появляются эти последние?
— В свое время ученые предполагали, как черная дыра появилась в центре отечественной галактики, поскольку возраст ее – около 13 млрд лет, он практически равен возрасту Вселенной. Считалось, что за таковой громадный период времени имело возможность накопиться вещество в центре галактики и образовать черную дыру.
Но на данный момент открыты сотни и десятки черных дыр на космологических расстояниях – в то время, когда возраст Вселенной составлял миллиард лет и меньше. Получается, что черные дыры смогут формироваться уже за таковой маленький период времени.
Исходя из этого над тайной образования дыр в центрах галактик ученые на данный момент ломают голову. Однако, существуют две догадки, растолковывающие эту тайную.
Одна из них гласит, что у каждой черной дыры имеется «зародыш» – британский термин этого явления именуется seed – это или массивная звезда, или скопление массивных звезд. В то время, когда данный зародыш начинает сжиматься, наряду с этим значительно уменьшается его радиус, притягивается все больше вещества, происходит аккреция.
Так и образуется сверхмассивная черная дыра.
Вторая догадка показывает, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик формируются методом слияния звезд, в то время, когда образуется звезда поразительно громадной массы, из которой позже рождается черная дыра. Кстати, вероятен и вариант, в то время, когда пара черных дыр смогут слиться в одну.
Считается, что в отечественной галактике порядка 10 млн черных дыр. Огромное количество этих дыр находится в тесных двойных совокупностях.
Существование черной дыры в таковой совокупности определяется методом орбиты изменения и изучения блеска, находящихся в совокупности звезд. По этим же параметрам возможно выяснить массу невидимого объекта – черной дыры.
Таких двойных объектов, расчеты параметров которых совершенно верно говорят о существовании в них черных дыр, в отечественной галактике 26.
— Поведайте об испарении и излучении черных дыр.
— Ответственной изюминкой черной дыры есть то, что из нее исходит излучение. Это явление именуется релятивистский джет. Обстоятельства его происхождения растолковать до тех пор пока никто не имеет возможности.
Кроме того свет, как мы знаем, не может вырваться из черной дыры. Но джет – это то, что происходит до горизонта событий.
Область, где все это происходит, именуется эргосферой. В том месте же происходит такое явление, как испарение – так называемый эффект Хокинга, не смотря на то, что эффект данный мелок и замечать его непросто.
Это испарение совсем не похоже на то, которое идет от отечественного чайника на кухне. Дело в том, что вблизи горизонта так сильное магнитное поле, что оно рождает частицы, а они со своей стороны уносят энергию – часть гравитационной энергии, энергии вращения.
Вот это и имеется то, что именуют испарением черной дыры.
Cвязанная пара сверхмассивных черных дыр
в представлении живописца
©ESA — C. Carreau
— Поведайте о микрочерных дырах, каковые сейчас появляются на коллайдерах. Вследствие этого многие кроме того действительно опасаются, что такие дыры способны «засосать» и отечественную планету.
— Неприятность микрочерных дыр появилась, в то время, когда была открыта чёрная материя. А ведь что такое чёрная материя? В случае если сказать по-несложному, то это, по сути, черная дыра, лишь весьма маленькая.
Вы ее не видите, а гравитация от нее имеется. Тайная лишь в том – как такие маленькие дыры появились. Предполагают, что они появились на ранней стадии развития Вселенной, в то время, когда плотность ее была огромной, а взаимодействия и силы сил – ужасными.
Позже Вселенная расширялась, а микрочерные дыры дошли до нас. Однако, большая часть ученых уверены в том, что чёрная материя – это не микроскопические черные дыры, а пока не открытые элементарные частицы.
Что касается опасений того, что эти дыры смогут нести какую-то угрозу, то это, само собой разумеется, полная ерунда. Такие маленькие дыры появляются и практически мгновенно исчезают. Они ни при каких обстоятельствах не будут расти, а будут, напротив, испаряться.
Другими словами такая дыра просто не успеет засосать Почву. А рождается их в том месте не миллионы и миллиарды, а ничтожное количество.
Они кроме того не успеют соединиться, часть из них разлетится, часть – поглотится.
Источник: О. Фадеева naked-science.ru
ШОКИРУЮЩИЕ факты про черные дыры
