Čierne diery sú pravdepodobne najväčšou záhadou v známom vesmíre!
Doteraz o nich vieme veľmi málo, pretože naša technológia nám zatiaľ neumožňuje študovať ich charakteristiky do hĺbky, najmä preto, že sú všetky veľmi vzdialené od našej slnečnej sústavy.
Ďalším dôvodom, prečo je také ťažké študovať čierne diery vo vesmíre, je, že tieto nevyžarujú svetelné impulzy ako hviezdy, naopak, ich silné gravitačné pole je schopné pohltiť aj blízke svetlo, ale to si vysvetlíme neskôr.
Avšak od roku 1970 a vďaka teóriám navrhnutým o Stephen Hawkins o čiernych dierach sme o nich dokázali pochopiť oveľa viac, vrátane preukázateľných údajov o ich tvare, zložení, procese formovania a dokonca aj o ich vzťahu v zmenách časovej kontinuity.
Kométy môžu byť rovnako zaujímavé ako čierne diery! Nenechajte si ujsť náš celý článok o časti kométy
Čo však skutočne vieme o čiernych dierach?
Ak ste niekedy videli film Christophera Nolana: Interstellar (2010) a zostali ste bez toho, aby ste vôbec ničomu rozumeli, potom je to preto, že o tom stále neviete dosť čierne diery.
Hovorím vám, že film je založený na Einsteinovej teórii všeobecnej relativity, ktorá tvrdí, že náš vesmír nemá 3 dimenzie, ale 4, pričom čas je štvrtá dimenzia v rovine reality.
Preto pravidlá univerzálnej mechaniky ovplyvňujú čas, rovnako ako na nich záleží, vrátane svetla.
Týmto spôsobom by čas nebol univerzálnou konštantou, ale rozmerom, ktorý sa môže podľa fyzikálnych zákonov deformovať, naťahovať alebo sťahovať ako elastický pás. gravitácia.
Máte záujem dozvedieť sa viac o čiernych dierach vo vesmíre?
Potom neprestávajte čítať tento článok až do konca, pretože vysvetľujeme všetko, čo potrebujete vedieť o tejto zaujímavej téme, aby ste sa pri ďalšom zhliadnutí Interstellaru necítili doslova stratení vo vesmíre.
Čo sú čierne diery?
Čierne diery v skutočnosti nie sú diery, vedeli ste to?
V skutočnosti, podľa vety o Hawkins a Ellis Od roku 1970 sa predpokladá, že čierne diery majú sféroidný tvar v dôsledku priťahovania ich vlastnej hmoty k ich stredu v dôsledku pôsobenia ich vlastnej gravitácie. To isté, čo sa deje s hviezdami, ale v mierke miliónkrát vyššej.
Čierne diery sú bodom vo vesmíre, ktorý sa skladá zo zhluku extrémne hustej hmoty, ktorá generuje gravitačnú silu takú silnú, že je schopná vytvoriť zakrivenie v kontinuite časopriestoru.
Gravitačné pole čiernych dier je také silné, že žiadna častica hmoty nemôže uniknúť deformácii, ak sa dostane príliš blízko. V skutočnosti je príťažlivosť taká silná, že je schopná absorbovať častice fotónov, ktoré tvoria slnečné lúče.
Správne, nazývajú sa čierne diery, pretože sú schopné doslova pohltiť svetlo okolo seba.
Akú hustotu majú čierne diery?
Fyzická charakteristika, ktorá dáva supermasívne čierne diery ich gravitačné a tepelné vlastnosti, je extrémna hustota hmoty, ktorú obsahujú v relatívne malom priestore.
Na to, aby sa z množstva hmoty, z ktorej sa skladá naša vlastná hviezda, stala čierna diera, by sa musela extrémnym spôsobom zložiť a stlačiť všetky jej častice z veľkosti 1.300 2 miliónov kilometrov. do priestoru s priemerom nie väčším ako XNUMX kilometre.
Preto by Slnko muselo zmenšiť svoju veľkosť takmer 900.000 XNUMX-krát, ale bez toho, aby plytvalo nejakou hmotou, ktorá ho tvorí.
Zakrivenie časopriestoru
Premýšľali ste niekedy nad tým, ako je čierna diera schopná spomaliť čas?
Pamätáš si? Gargantua en Medzihviezdny?
Vo filme vesmírna loď Vytrvalosť je nútený prestať zbierať údaje o perspektíve života v Millerová planéta, ktorý zhodou okolností obieha veľmi blízko a supermasívna čierna diera s názvom Gargantua.
Posádka preto čelí astrofyzikálnej dileme: Vzhľadom na blízkosť Gargantua plynie čas na planéte oveľa pomalšie ako na Zemi, takže pátracia misia, ktorá by pre nich trvala niekoľko hodín, by na Zemi znamenala niekoľko rokov.
Ale ako je to možné?
Ak sa vám to zdá ako zvláštny koncept, je to preto, že sme zvyknutí považovať čas za nemennú konštantu vesmíru, v podstate preto, že nemáme žiadny nástroj, ktorý by ho mohol deformovať, ako to robíme s inými rovinami reality.
Avšak teória všeobecnej relativity, ktorú navrhol Albert Einstein v roku 1915, naznačuje, že čas je dimenziou reality, ktorá sa rozprestiera cez roviny X a Y (rozmery šírky a dĺžky).
Ak teda teleso s hmotnosťou pôsobí na rovinu reality, vytvorí premennú dimenzie Z (hĺbka), ktorá môže deformovať prvé dve, a teda aj v priebehu času.
Pozrime sa na to takto:
Predstavte si, že roztiahnete kus látky, čím vytvoríte plochý priestor (rozmery X a Y); a na látku hodíš loptičku. Pôsobením hmotnosti loptičky na látku sa vytvorí konkávna spodná strana roviny.
Tento efekt je v astrofyzike známy ako Zakrivenie časopriestoru.
Teraz, vzhľadom na pravidlá fyziky, čím ťažší objekt je umiestnený na rovine, tým výraznejšie pôsobí naň, a preto by bolo zakrivenie hlbšie.
To je presne to, čo sa stane s čierne diery a zakrivený čas.
Keď sú čierne diery stlačené na maximum, stanú sa neuveriteľne hustými objektmi - a teda ťažkými -, takže pôsobenie, ktoré vyvíjajú na roviny X a Y, je skutočne extrémne.
Zakrivenie spôsobené čiernymi dierami je také silné, že nedovoľuje hmote, ktorá vstupuje, uniknúť, čo spôsobuje časopriestorovú singularitu, ktorú poznáme ako Horizont udalostí.
Zakrivenie, ktoré vytvárajú čierne diery, je také „hlboké“ a ich gravitačná príťažlivosť taká silná, že nasávajú všetko, čo sa k nim priblíži, a preto sú v deformujúcom sa vesmírnom vortexe produkovanom Gargantua, planéta Mlynár zažíval warp vo svojom časovom kontinuu, spomalil ho tým, že musel vstúpiť do Gargantuovho horizontu udalostí.
V skutočnosti je presný údaj, že každá hodina strávená v Mlynár Bolo to ekvivalentné 7 pozemským rokom.
Zaujímavým faktom sú 1 km vysoké vlny, ktoré pokrývajú celý povrch Miller Dali by sa vysvetliť aj ako účinok gravitačnej sily, ktorú na planétu vyvíja čierna diera.
Ako vznikajú čierne diery?
O čiernych dierach by sa dalo povedať, že sú to zvyšky, ktoré za sebou hviezdy zanechajú po ich smrti.
Ešte pred niekoľkými desaťročiami sa verilo, že čierne diery sa vytvorili počas raných štádií vesmíru a že tento jav sa už nebude opakovať.
Avšak štúdia História času: od Veľkého tresku po čierne diery, vytvorené v spolupráci Hawkingsa, Oppenheimera a Rogera Penrosea ukázali, že čierne diery vznikajú v procese tzv. gravitačný kolaps.
Aby sme pochopili gravitačný kolaps, ktorý ustupuje vzniku čiernych dier, musíme sa vrátiť trochu späť, k procesu zániku hviezd.
kedy do jedného Žltá hviezda (ako naše slnko) vyčerpá svoje zásoby vodíka, začne spaľovať častice hélia na svojom povrchu v oveľa intenzívnejšom procese jadrovej fúzie. Ako tento proces pokračuje, hviezda, ktorá sa blíži k poslednému štádiu života, môže zväčšiť až 300-krát svoju veľkosť a zmeniť svoju farbu, čím sa stane Červená obrovská hviezda.
Spotrebovaním všetkého paliva na jeho povrchu sa procesy jadrovej fúzie zastavia a bez akéhokoľvek procesu, ktorý by pôsobil proti sile vlastnej gravitácie, sa všetky jeho častice začnú ťahať smerom k jeho vlastnému jadru, čím sa opäť zmenší jeho veľkosť a vytvorí sa poznáme ako a Hviezda bieleho trpaslíkamŕtva hviezda
Avšak veľké množstvo hmoty hviezdy môže spôsobiť, že tento proces bude dovedený do extrému, stlačí Bieleho trpaslíka za jeho vlastné hranice a vytvorí telo s ešte koncentrovanejšou hmotou na neuveriteľne malom priestore.
Je to ako snažiť sa ohnúť naše slnko natoľko, aby ste ho vložili do kufra vášho vozidla.
Tento posledný krok spôsobí, že výsledné gravitačné pole je také silné, že začne pohlcovať svoje vlastné svetlo, ktoré skončí premeniť hviezdu na čiernu dieru.
typy čiernych dier
rozdielny typy čiernych dier a tieto sú klasifikované podľa ich veľkosti a množstva hmoty, ktorú obsahujú.
supermasívna čierna diera
Supermasívne čierne diery sú pravdepodobne najväčšie a najsilnejšie. Tie môžu obsahovať niekoľko miliónov násobok hmotnosti nášho slnka v priestore len 2- až 3-krát väčšom, vďaka čomu sú tiež veľmi silné.
Je bežné nájsť supermasívne čierne diery, ktoré dominujú centrám mnohých veľkých galaxií, najmä eliptických galaxií. Jasný príklad možno nájsť doma, keďže Mliečna dráha sa točí okolo Strelec A, skutočne obrovská supermasívna čierna diera s veľkosťou asi 120 AU.
Čierne diery strednej hmotnosti
Sú ďalšie na stupnici podľa ich hmotnosti. Sú menej husté ako supermasívne čierne diery, ale stále sú skutočne pôsobivé.
Do tejto klasifikácie spadajú čierne diery s ekvivalentnou hmotnosťou medzi 100 a 1.000.000 XNUMX XNUMX hmotností Slnka.
čierne diery s hmotnosťou hviezdy
Sú pomerne bežné a z planéty Zem sme mohli pozorovať niekoľko čiernych dier, ktoré zapadajú do tejto klasifikácie.
Čierne diery s hviezdnou hmotnosťou obsahujú vo svojom vnútri 30 až 70 hmotností Slnka. Tie vznikajú gravitačným kolapsom masívnych hviezd, ktoré sú v astrofyzike známe ako supernovy.
mikro čierne diery
Mikro čierne diery sú kategóriou tejto klasifikácie, zostávajú však hypotézou.
Segun la Hawkinsova teória Čo sa týka čiernych dier, tieto mikro čierne diery by obsahovali prekvapivé množstvo hmoty na extrémne malom priestore, takže hmota v nich by sa mohla riadiť pravidlami kvantovej fyziky.
Jednou z misií veľkého hadrónového urýchľovača v CERN-e je vytvoriť prvky na vytvorenie umelej mikročiernej diery, kde by bolo možné otestovať niekoľko teórií o kvantovej fyzike alebo v konečnom dôsledku z nich izolovať časticu. temná hmota.