Černé díry jsou pravděpodobně největší záhadou ve známém vesmíru!
Doposud o nich víme velmi málo, protože naše technologie nám zatím neumožňuje studovat jejich vlastnosti do hloubky, a to především proto, že jsou všechny velmi daleko od naší sluneční soustavy.
Dalším důvodem, proč je tak obtížné studovat černé díry ve vesmíru, je, že tyto nevyzařují světelné pulsy jako hvězdy, naopak jejich silné gravitační pole je schopné pohltit i blízké světlo, ale to si vysvětlíme později.
Nicméně od roku 1970 a díky teoriím navrženým o Stephen Hawkins o černých dírách, dokázali jsme o nich porozumět mnohem více, včetně prokazatelných údajů o jejich tvaru, složení, procesu utváření a dokonce i o jejich vztahu ve změnách časové kontinuity.
Komety mohou být stejně zajímavé jako černé díry! Nenechte si ujít náš celý článek části komety
Ale co vlastně víme o černých dírách?
Pokud jste někdy viděli film Christophera Nolana: mezihvězdné (2010) a vy jste zůstali, aniž byste vůbec ničemu rozuměli, pak je to proto, že o tom stále nevíte dost černé díry.
Říkám vám, že film je založen na Einsteinově obecné teorii relativity, která tvrdí, že náš vesmír nemá 3 dimenze, ale 4, přičemž čas je čtvrtou dimenzí v rovině reality.
Pravidla univerzální mechaniky proto ovlivňují čas, stejně jako na nich záleží, včetně světla.
Tímto způsobem by čas nebyl univerzální konstantou, ale rozměrem, který lze podle fyzikálních zákonů deformovat, natahovat nebo stahovat jako elastický pás. hrobník.
Máte zájem dozvědět se více o černých dírách ve vesmíru?
Pak nepřestávejte číst tento článek až do konce, protože vysvětlujeme vše, co potřebujete vědět o tomto zajímavém tématu, abyste se příště, až uvidíte Interstellar, necítili doslova ztraceni ve vesmíru.
Co jsou černé díry?
Černé díry ve skutečnosti nejsou díry, věděli jste to?
Ve skutečnosti, podle teorému Hawkins a Ellis Od roku 1970 se má za to, že černé díry mají sféroidní tvar v důsledku přitahování jejich vlastní hmoty k jejich středu v důsledku působení jejich vlastní gravitace. Totéž, co se děje s hvězdami, ale v měřítku milionkrát vyšším.
Černé díry jsou bodem ve vesmíru, tvořeným shlukem extrémně husté hmoty, který generuje gravitační sílu tak silnou, že je schopna vytvořit zakřivení kontinuity časoprostoru.
Gravitační pole černých děr je tak silné, že žádná částice hmoty nemůže uniknout deformaci, pokud se dostane příliš blízko. Ve skutečnosti je přitažlivost tak silná, že je schopna absorbovat částice fotonů, které tvoří sluneční paprsky.
Je to tak, říká se jim černé díry, protože jsou schopny doslova spolknout světlo kolem sebe.
Jak husté jsou černé díry?
Fyzická vlastnost, která dává supermasivní černé díry jejich gravitační a tepelné vlastnosti, je extrémní hustota hmoty, kterou obsahují na relativně malé ploše prostoru.
Aby se z množství hmoty, které tvoří naši vlastní hvězdu, stala černá díra, musela by se extrémním způsobem sbalit a stlačit všechny své částice z velikosti 1.300 milionů kilometrů. do prostoru o průměru nejvýše 2 kilometry.
Slunce by tedy muselo zmenšit svou velikost téměř 900.000 XNUMXkrát, aniž by však plýtvalo hmotou, která jej tvoří.
Časoprostorové zakřivení
Přemýšleli jste někdy nad tím, jak je černá díra schopná zpomalit čas?
Pamatuješ si Gargantua en Mezihvězdný?
Ve filmu vesmírná loď Vytrvalost je nucena zastavit sběr dat o perspektivě života v planeta Miller, která shodou okolností obíhá velmi blízko a supermasivní černá díra jménem Gargantua.
Posádka kvůli tomu čelí astrofyzikálnímu dilematu: Vzhledem k blízkosti Gargantua plyne čas na planetě mnohem pomaleji než na Zemi, takže pátrací mise, která by pro ně trvala několik hodin, na Zemi by znamenala několik let.
Ale jak je to možné?
Pokud se vám to zdá jako zvláštní koncept, je to proto, že jsme zvyklí považovat čas za neměnnou konstantu vesmíru, v podstatě proto, že nemáme žádný nástroj, který by jej mohl deformovat, jako to děláme s jinými rovinami reality.
Nicméně, teorie obecné relativity, navržená Albertem Einsteinem v roce 1915, naznačuje, že čas je dimenzí reality, která se rozprostírá přes roviny X a Y (rozměry šířky a délky).
Pokud tedy těleso o hmotnosti působí na rovinu reality, vytvoří proměnnou dimenze Z (hloubka), která může deformovat první dvě, a tedy i v průběhu času.
Podívejme se na to takto:
Představte si, že rozprostřete kus látky a vytvoříte plochý prostor (rozměry X a Y); a na látku pustíš míč. Působením hmotnosti míče na látku se vytvoří konkávní spodní strana roviny.
Tento efekt je v astrofyzice známý jako Zakřivení časoprostoru.
Nyní, vzhledem k pravidlům fyziky, čím těžší objekt je umístěn na rovině, tím výraznější je jeho působení na něj, a proto by bylo zakřivení hlubší.
To je přesně to, co se stane s černé díry a zakřivený čas.
Když jsou černé díry stlačeny na maximum, stávají se neuvěřitelně hustými objekty – a tedy těžkými –, takže působení, které vyvíjejí na roviny X a Y, je opravdu extrémní.
Zakřivení způsobené černými dírami je tak silné, že nedovolí vstupující hmotě uniknout, což způsobuje časoprostorovou singularitu, kterou známe jako Horizont událostí.
Zakřivení, které černé díry vytvářejí, je tak „hluboké“ a jejich gravitační přitažlivost tak silná, že nasávají vše, co se k nim přiblíží, a proto jsou v deformujícím se víru prostoru produkovaného Gargantuaplaneta Mlynář zažíval warp ve svém časovém kontinuu, který ho zpomaloval tím, že musel vstoupit do Gargantuova Horizontu událostí.
Ve skutečnosti je přesný údaj, že každou hodinu strávenou v Mlynář Bylo to ekvivalentní 7 pozemským letům.
Zajímavé je, že 1 km vysoké vlny, které pokrývají celý povrch Mlynář, Daly by se také vysvětlit jako účinek gravitační síly vyvíjené černou dírou na planetu.
Jak se tvoří černé díry?
O černých dírách by se dalo říci, že jsou to zbytky, které po sobě hvězdy po jejich smrti zanechají.
Ještě před několika desetiletími se věřilo, že černé díry se vytvořily v raných fázích vesmíru a že se tento jev nebude opakovat.
Nicméně studie Historie času: od velkého třesku po černé díry, vytvořený ve spolupráci Hawkingsa, Oppenheimera a Rogera Penrosea ukázal, že černé díry vznikají v procesu tzv. gravitační kolaps.
Abychom pochopili gravitační kolaps, který ustupuje vzniku černých děr, musíme se vrátit trochu zpět, k procesu zániku hvězd.
Kdy a Žlutá hvězda (stejně jako naše slunce) vyčerpá své zásoby vodíku, začne spalovat částice helia na svém povrchu v mnohem intenzivnějším procesu jaderné fúze. Jak tento proces pokračuje, hvězda, která se blíží k poslednímu stádiu života, může zvětšit až 300krát svou velikost a změnit svou barvu. Červená obří hvězda.
Spotřebováním veškerého paliva na jeho povrchu se zastaví procesy jaderné fúze a bez jakéhokoli procesu, který by čelil síle vlastní gravitace, začnou být všechny jeho částice přitahovány k vlastnímu jádru, čímž se opět zmenší jeho velikost a vytvoří se známe jako a Bílá trpasličí hvězdamrtvá hvězda
Velké množství hmoty hvězdy však může způsobit, že tento proces bude doveden do extrému, stlačí Bílého trpaslíka za jeho vlastní hranice a vytvoří těleso s ještě koncentrovanější hmotou na neuvěřitelně malém prostoru.
Je to jako snažit se ohnout naše slunce natolik, aby se dalo do kufru vašeho auta.
Tento poslední krok učiní výsledné gravitační pole tak silné, že začne polykat své vlastní světlo, které skončí proměnit hvězdu v černou díru.
typy černých děr
Jsou různé typy černých děr a ty jsou klasifikovány podle jejich velikosti a množství hmoty, které obsahují.
supermasivní černá díra
Supermasivní černé díry jsou pravděpodobně největší a nejsilnější. Ty mohou obsahovat několik milionů hmotností našeho Slunce v prostoru pouze 2 až 3krát větším, což je také činí velmi silnými.
Je běžné najít supermasivní černé díry, které dominují středům mnoha velkých galaxií, zejména eliptických galaxií. Jasný příklad lze najít doma, protože Mléčná dráha se točí kolem Střelec A, opravdu obrovská supermasivní černá díra o velikosti asi 120 AU.
Středně hmotné černé díry
Jsou další na stupnici podle jejich hmotnosti. Jsou méně husté než supermasivní černé díry, ale stále jsou opravdu působivé.
Do této klasifikace spadají černé díry s ekvivalentní hmotností mezi 100 a 1.000.000 XNUMX XNUMX hmotností Slunce.
černé díry s hvězdnou hmotností
Jsou poměrně běžné a z planety Země jsme mohli pozorovat několik černých děr, které do této klasifikace zapadají.
Černé díry s hvězdnou hmotností obsahují ve svém nitru 30 až 70 hmotností Slunce. Ty vznikají gravitačním kolapsem hmotných hvězd, v astrofyzice známé jako supernovy.
mikro černé díry
Mikro černé díry jsou kategorií této klasifikace, zůstávají však hypotézou.
Podle Hawkinsova teorie Pokud jde o černé díry, tyto mikročerné díry by obsahovaly překvapivé množství hmoty na extrémně malém prostoru, takže hmota v nich by se mohla řídit pravidly kvantové fyziky.
Jednou z misí velkého hadronového urychlovače v CERNu je vytvořit prvky pro vytvoření umělé mikro černé díry, kde by bylo možné otestovat několik teorií o kvantové fyzice nebo z nich nakonec izolovat částici. temná hmota.