Mustat aukot ovat luultavasti tunnetun universumin suurin mysteeri!
Toistaiseksi tiedämme niistä hyvin vähän, koska teknologiamme ei vielä mahdollista niiden ominaisuuksien syvällistä tutkimista, lähinnä siksi, että ne ovat kaikki hyvin kaukana aurinkokunnastamme.
Toinen syy miksi on niin vaikeaa tutkia mustia aukkoja maailmankaikkeudessa, on se, että nämä eivät lähetä valopulsseja kuten tähdet, päinvastoin, niiden voimakas gravitaatiokenttä pystyy absorboimaan jopa lähellä olevaa valoa, mutta tämä on asia, jonka selitämme myöhemmin.
Kuitenkin vuodesta 1970 ja ehdottamien teorioiden ansiosta Stephen Hawkins mustista aukoista olemme voineet ymmärtää niistä paljon enemmän, mukaan lukien todistettavaa tietoa niiden muodosta, koostumuksesta, muodostumisprosessista ja jopa niiden suhteesta ajallisen jatkuvuuden muutoksissa.
Komeetat voivat olla yhtä mielenkiintoisia kuin mustat aukot! Älä missaa koko artikkeliamme aiheesta komeetan osat
Mutta mitä me todella tiedämme mustista aukoista?
Jos olet koskaan nähnyt Christopher Nolan -elokuvan: Tähtienvälinen (2010) ja jäit ymmärtämättä yhtään mitään, sitten se johtuu siitä, että et vieläkään tiedä tarpeeksi mustat aukot.
Kerron teille, että elokuva perustuu Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan universumissamme ei ole 3 ulottuvuutta vaan 4, jolloin aika on neljäs ulottuvuus todellisuuden tasolla.
Siksi universaalin mekaniikan säännöt vaikuttavat aikaan, aivan kuten niillä on väliä, mukaan lukien valo.
Tällä tavalla aika ei olisi universaali vakio, vaan ulottuvuus, joka voidaan muuttaa, venyttää tai supistua elastisena nauhana fysiikan lakien mukaan, kuten haudattu.
Oletko kiinnostunut oppimaan lisää avaruuden mustista aukoista?
Älä sitten lopeta tämän artikkelin lukemista loppuun asti, koska selitämme kaiken, mitä sinun on tiedettävä tästä mielenkiintoisesta aiheesta, jotta seuraavan kerran kun näet Interstellarin, et tunne itsesi kirjaimellisesti eksykseksi avaruuteen.
Mitä ovat mustat aukot?
Mustat aukot eivät todellakaan ole reikiä, tiesitkö sen?
Itse asiassa lauseen mukaan Hawkins ja Ellis Vuodesta 1970 lähtien mustien aukkojen uskotaan olevan pallomaisia, koska ne houkuttelevat omaa massaansa kohti keskustaa oman painovoimansa vaikutuksesta. Sama asia kuin tähtien kanssa, mutta miljoonia kertoja suuremmassa mittakaavassa.
Mustat aukot ovat avaruuden piste, joka koostuu äärimmäisen tiheän massan klusterista, joka synnyttää niin voimakkaan gravitaatiovoiman, että se pystyy luomaan kaarevuuden aika-avaruuden jatkuvuuteen.
Mustien aukkojen gravitaatiokenttä on niin vahva, että mikään ainehiukkanen ei pääse pakoon muodonmuutosta, jos se pääsee liian lähelle. Itse asiassa vetovoima on niin voimakas, että se pystyy absorboimaan fotonihiukkasia, jotka muodostavat auringonvalon säteet.
Aivan oikein, niitä kutsutaan mustiksi aukoksi, koska ne pystyvät kirjaimellisesti nielemään ympärillään olevan valon.
Kuinka tiheitä mustat aukot ovat?
Fyysinen ominaisuus, joka antaa supermassiiviset mustat aukot Niiden painovoima- ja lämpöominaisuudet ovat niiden sisältämän aineen äärimmäinen tiheys suhteellisen pienellä avaruusalueella.
Jotta omasta tähdestämme muodostuva ainemäärä muuttuisi mustaksi aukoksi, sen pitäisi taittua itseensä äärimmäisellä tavalla ja puristaa kaikki hiukkasensa 1.300 2 miljoonan kilometrin koosta. tilaan, jonka halkaisija on enintään XNUMX kilometriä.
Siksi auringon täytyisi pienentää kokoaan lähes 900.000 XNUMX kertaa, mutta tuhlaamatta sen muodostavaa ainetta.
Avaruuden ja ajan kaarevuus
Oletko koskaan miettinyt, kuinka musta aukko pystyy hidastamaan aikaa?
Muistitko Gargantua en Tähtienvälinen?
Elokuvassa avaruusalus Kestävyys on pakko pysähtyä keräämään tietoa elämän näkökulmasta myllyplaneetta, joka sattumalta kiertää hyvin lähellä a supermassiivinen musta aukko nimeltään Gargantua.
Tästä johtuen miehistön edessä on astrofyysinen dilemma: Gargantuan läheisyydestä johtuen aika kuluu planeetalla paljon hitaammin kuin maan päällä, joten etsintätehtävä, joka heillä kestäisi pari tuntia, maan päällä merkitsisi useita vuotta.
Mutta miten tämä on mahdollista?
Jos se tuntuu sinusta oudolta käsitteeltä, se johtuu siitä, että olemme tottuneet pitämään aikaa universumin muuttumattomana vakiona, pohjimmiltaan siksi, että meillä ei ole mitään työkalua, joka voisi muuttaa sitä, kuten teemme muiden todellisuustasojen kanssa.
Albert Einsteinin vuonna 1915 ehdottama yleinen suhteellisuusteoria kuitenkin ehdottaa, että aika on todellisuuden ulottuvuus, joka ulottuu X- ja Y-tason (leveyden ja pituuden) yli.
Siksi, jos kappale, jolla on massa, suorittaa toiminnan todellisuustasolla, se luo muuttujan, jonka ulottuvuus on Z (syvyys), joka voi muuttaa kaksi ensimmäistä ja siten myös tehdä niin ajan myötä.
Katsotaanpa asiaa näin:
Kuvittele, että pidennät kangaspalaa ja luot tasaisen tilan (mitat X ja Y); ja kankaalle pudotat pallon. Pallon painon vaikutus kankaaseen luo koveran tason alapuolen.
Tämä vaikutus tunnetaan astrofysiikassa nimellä Aika-avaruuden kaarevuus.
Nyt fysiikan säännöistä johtuen mitä painavampi esine asetetaan tasolle, sitä selvemmin sen vaikutus siihen kohdistuu, ja siksi sitä syvemmälle kaarevuus olisi.
Juuri näin tapahtuu mustat aukot ja kaareva aika.
Rajaan asti puristettuna mustista aukoista tulee uskomattoman tiheitä esineitä - ja siksi raskaita -, joten niiden vaikutus X- ja Y-tasoilla on todella äärimmäistä.
Mustien aukkojen aiheuttama kaarevuus on niin voimakas, että se ei päästä sisään tulevaa ainetta karkaamaan, mikä aiheuttaa tila-aika-singulaarisuuden, jonka tunnemme ns. Tapahtumahorisontti.
Mustien aukkojen luoma kaarevuus on niin "syvä" ja niiden vetovoima niin voimakas, että ne imevät itseensä kaiken, mikä tulee niiden lähelle, ja ovat siksi avaruuden vääntyvässä pyörteessä. Gargantua, planeetta Mylläri hän koki vääntymistä aikajatkumossaan, mikä hidasti sitä joutuessaan sisään Gargantuan tapahtumahorisonttiin.
Itse asiassa tarkka luku on jokainen sisään vietetty tunti Mylläri Se vastasi 7 Maan vuotta.
Kuten utelias tosiasia, 1 km korkeat aallot, jotka peittävät koko pinnan Miller, Ne selitettäisiin myös mustan aukon planeetalle kohdistaman gravitaatiovoiman vaikutukseksi.
Miten mustat aukot muodostuvat?
Mustien aukkojen voidaan sanoa olevan tähtien kuoltuaan jättämää jäännöstä.
Vielä pari vuosikymmentä sitten uskottiin, että mustat aukot muodostuivat maailmankaikkeuden alkuvaiheissa ja että tämä ilmiö ei olisi toistunut.
Kuitenkin tutkimus Ajan historia: alkuräjähdyksestä mustiin aukkoihin, Hawkingsin, Oppenheimerin ja Roger Penrosen yhteistyössä luoma, osoitti, että mustat aukot syntyvät prosessissa ns. painovoiman romahdus.
Ymmärtääksemme painovoiman romahtamisen, joka antaa tietä mustien aukkojen muodostumiselle, meidän on palattava hieman taaksepäin, tähtien kuolemaan.
milloin yhteen Keltainen tähti (kuten aurinkomme) kuluttaa vetyvarastonsa, se alkaa polttaa pinnallaan olevia heliumhiukkasia paljon intensiivisemmässä ydinfuusioprosessissa. Tämän prosessin jatkuessa viimeistä elämänvaihettaan lähestyvä tähti voi kasvaa jopa 300-kertaiseksi kokonsa ja muuttaa väriään, jolloin siitä tulee Punainen jättiläinen tähti.
Kun kaikki sen pinnalla oleva polttoaine kuluu, ydinfuusioprosessit pysähtyvät, ja ilman mitään prosessia, joka vastustaa omaa painovoimaansa, kaikki sen hiukkaset alkavat vetää omaa ydintään kohti, pienentäen sen kokoa jälleen ja luoden tunnemme nimellä a Valkoinen kääpiötähtikuollut tähti
Tähden suuri massa voi kuitenkin viedä tämän prosessin äärimmäisyyksiin, puristaen Valkoisen kääpiön omien rajojen ulkopuolelle ja luoden kehon, jonka massa on vieläkin keskittyneempi uskomattoman pieneen tilaan.
Se on kuin yrittäisimme taivuttaa aurinkoamme tarpeeksi laittaaksesi sen ajoneuvosi tavaratilaan.
Tämä viimeinen vaihe tekee tuloksena olevasta gravitaatiokentästä niin voimakkaan, että se alkaa niellä omaa valoaan, joka päätyy muuttaa tähti mustaksi aukoksi.
mustien aukkojen tyyppejä
On erilaisia mustien aukkojen tyyppejä ja ne luokitellaan koon ja sisältämän massan mukaan.
supermassiivinen musta aukko
Supermassiiviset mustat aukot ovat luultavasti suurimmat ja voimakkaimmat. Nämä voivat sisältää useita miljoonia kertoja aurinkomme massaa vain 2–3 kertaa suuremmassa tilassa, mikä tekee niistä myös erittäin voimakkaita.
On yleistä löytää supermassiivisia mustia aukkoja, jotka hallitsevat monien suurten galaksien, erityisesti elliptisten galaksien, keskuksia. Selkeä esimerkki löytyy kotoa, koska Linnunrata pyörii Jousimies A, todella valtava supermassiivinen musta aukko, jonka koko on noin 120 AU.
Keskimassaiset mustat aukot
Ne ovat asteikolla seuraavana massansa mukaan. Ne ovat vähemmän tiheitä kuin supermassiiviset mustat aukot, mutta ne ovat silti todella vaikuttavia.
Mustat aukot, joiden ekvivalenttimassa on 100–1.000.000 XNUMX XNUMX auringonmassaa, kuuluvat tähän luokitukseen.
tähtimassan mustia aukkoja
Ne ovat melko yleisiä, ja maaplaneetalla olemme voineet havaita useita mustia aukkoja, jotka sopivat tähän luokitukseen.
Tähtimassaisten mustien aukkojen sisällä on 30-70 auringon massaa. Nämä muodostuvat massiivisten tähtien painovoiman romahtamisesta, jotka tunnetaan astrofysiikassa nimellä Supernovat.
mikro mustia aukkoja
Mikromustat aukot ovat tämän luokituksen luokka, mutta ne jäävät hypoteesiksi.
Segun la Hawkinsin teoria Mustista aukoista voidaan sanoa, että nämä mikromustat aukot sisältäisivät yllättävän paljon ainetta erittäin pienessä tilassa, joten niiden sisällä olevaa ainetta voitaisiin ohjata kvanttifysiikan säännöillä.
Yksi CERNin suuren hadronitörmätäjän tehtävistä on luoda elementit keinotekoisen mikromustan aukon muodostamiseksi, jossa voitaisiin testata useita kvanttifysiikkaa koskevia teorioita tai loppujen lopuksi eristää hiukkanen pimeä aine.