Чорні діри, мабуть, найбільша загадка у відомому Всесвіті!
До цих пір ми дуже мало знаємо про них, тому що наша технологія ще не дозволяє детально вивчити їх характеристики, головним чином тому, що всі вони дуже далекі від нашої Сонячної системи.
Ще одна причина, чому дуже важко вивчати чорні діри у Всесвіті, полягає в тому, що вони не випромінюють світлових імпульсів, як зірки, навпаки, їх потужне гравітаційне поле здатне поглинати навіть найближче світло, але це те, що ми пояснимо пізніше.
Однак з 1970 р. і завдяки теоріям, запропонованим Стівен Хокінс про чорні діри, ми змогли зрозуміти про них набагато більше, включаючи наочні дані про їх форму, склад, процес утворення і навіть їхній зв’язок у змінах тимчасової безперервності.
Комети можуть бути такими ж цікавими, як і чорні діри! Не пропустіть нашу повну статтю про частини комети
Але що ми насправді знаємо про чорні діри?
Якщо ви коли-небудь бачили фільм Крістофера Нолана: Міжзоряна (2010) а ти залишився взагалі нічого не розуміючи, то це тому, що ти все ще недостатньо знаєш про чорні діри.
Я вам кажу, що фільм заснований на загальній теорії відносності Ейнштейна, яка стверджує, що наш Всесвіт має не 3 виміри, а 4, при цьому час є четвертим виміром у площині реальності.
Тому правила універсальної механіки впливають на час так само, як і на матерію, включаючи світло.
Таким чином, час був би не універсальною константою, а виміром, який можна деформувати, розтягнути або стиснути, як еластичну стрічку, відповідно до законів фізики, як тяжіння.
Хочете дізнатися більше про чорні діри в космосі?
Тоді не припиняйте читати цю статтю до кінця, адже ми пояснюємо все, що вам потрібно знати про цю цікаву тему, щоб наступного разу, коли ви побачите Interstellar, ви не відчули себе буквально загубленим у космосі.
Що таке чорні діри?
Чорні діри насправді не діри, чи знаєте ви це?
Насправді, згідно з теоремою Хокінс і Елліс Вважається, що з 1970 року чорні діри мають сфероїдну форму через притягнення їх власної маси до центру через дію їх власної гравітації. Те саме, що відбувається з зірками, але в мільйони разів вищому масштабі.
Чорні діри — це точка в просторі, що складається з скупчення надзвичайно щільної маси, яка створює таку потужну гравітаційну силу, що здатна створити кривизну в безперервності простору-часу.
Гравітаційне поле чорних дір настільки сильне, що жодна частинка матерії не зможе уникнути деформації, якщо вона наблизиться занадто близько. Насправді тяжіння настільки потужне, що воно здатне поглинати фотонні частинки, які утворюють промені сонячного світла.
Правильно, їх називають чорними дірами, тому що вони здатні буквально поглинати світло навколо себе.
Наскільки щільні чорні діри?
Фізична характеристика, яка дає надмасивні чорні діри їх гравітаційні та теплові властивості, це екстремальна щільність речовини, яку вони містять у відносно невеликій площі простору.
Щоб кількість матерії, з якої складається наша власна зірка, перетворилася на чорну діру, їй доведеться екстремально згорнути в себе, стискаючи всі свої частинки з розміру 1.300 мільйонів кілометрів. на простір діаметром не більше 2 кілометрів.
Таким чином, Сонцю довелося б зменшити свій розмір майже в 900.000 XNUMX разів, але не витрачаючи жодної речовини, з якої воно складається.
Кривизна простору-часу
Ви коли-небудь замислювалися, як чорна діра здатна сповільнювати час?
Ви згадали Гаргантюа en міжзоряний?
У фільмі космічний корабель Витривалість змушений зробити зупинку для збору даних про перспективу життя в планета Міллера, який випадково обертається дуже близько до a надмасивна чорна діра під назвою Гаргантюа.
Через це перед екіпажем постає астрофізична дилема: через близькість до Гаргантюа час на планеті плине набагато повільніше, ніж на Землі, тому пошукова місія, яка для них займе пару годин, на Землі означатиме кілька років.
Але як це можливо?
Якщо вам це здається дивним, то це тому, що ми звикли розглядати час як незмінну константу Всесвіту, в основному тому, що у нас немає інструменту, який міг би його деформувати, як ми робимо з іншими планами реальності.
Проте теорія загальної теорії відносності, запропонована Альбертом Ейнштейном у 1915 році, припускає, що час — це вимір реальності, що поширюється на площини X і Y (виміри ширини та довжини).
Отже, якщо тіло з масою чинить дію на площині реальності, воно створить змінну розміру Z (глибина), яка може деформувати перші два і, отже, може також зробити це з часом.
Давайте подивимося на це так:
Уявіть, що ви розстелили шматок тканини, створюючи плоский простір (розміри X і Y); а на тканину кидаєш кульку. Дія ваги кульки на тканину створить увігнуту нижню сторону площини.
Цей ефект в астрофізиці відомий як Кривизна простору-часу.
Тепер, згідно з правилами фізики, чим важчий об’єкт, що поміщається на площину, тим помітніше його дія на нього, а отже, глибша була б кривизна.
Це саме те, що відбувається з чорні діри і кривий час.
При стислінні до межі чорні діри стають неймовірно щільними об’єктами - і, отже, важкими -, тому дія, яку вони здійснюють на площинах X і Y, дійсно надзвичайна.
Кривизна, викликана чорними дірами, настільки сильна, що не дозволяє матерії, яка входить всередину, втекти, це викликає просторово-часову сингулярність, яку ми знаємо як Горизонт подій.
Кривизна, яку створюють чорні діри, настільки «глибока», а їхнє гравітаційне притягання настільки потужне, що вони всмоктують все, що наближається до них, отже, перебуваючи у викривленому вирі простору, створеному Гаргантюа, Планета Мельник він переживав деформацію свого часового континууму, сповільнюючи його через необхідність увійти в горизонт подій Гаргантюа.
Фактично, точна цифра така, що кожна година, проведена в Мельник Це було еквівалентно 7 земним рокам.
Цікаво, що хвилі заввишки 1 км покривають всю поверхню с Міллер, Вони також можуть бути пояснені як ефект гравітаційної сили, яку надає чорна діра на планеті.
Як утворюються чорні діри?
Можна сказати, що чорні діри є залишками, які залишають зірки після їх смерті.
Ще пару десятиліть тому вважалося, що чорні діри утворилися на ранніх стадіях Всесвіту і що це явище не повториться.
Проте дослідження Історія часу: від Великого вибуху до чорних дір, створений у співпраці Хокінгсом, Оппенгеймером і Роджером Пенроузом, показав, що чорні діри створюються в процесі, який називається гравітаційний колапс.
Щоб зрозуміти гравітаційний колапс, який дає місце утворенню чорних дір, ми повинні повернутися трохи назад, до процесу загибелі зірок.
коли до одного Жовта зірка (як наше сонце) виснажує свої запаси водню, воно починає спалювати частинки гелію на своїй поверхні в набагато більш інтенсивному процесі ядерного синтезу. У міру того, як цей процес триває, зірка, яка наближається до останнього етапу життя, може збільшитися до 300 разів у розмірі та змінити свій колір, перетворившись на Червоний Гігант Зірка.
Споживаючи все паливо на його поверхні, процеси ядерного синтезу припиняться, і без будь-якого процесу, що протидіє силі власного тяжіння, всі його частинки почнуть тягнутися до власного ядра, знову зменшуючи його розмір і створюючи те, що ми знаємо як а Білий карлик зіркамертва зірка
Однак велика маса зірки може призвести до того, що цей процес буде доведений до крайності, стиснувши Білого карлика за його власні межі і створивши тіло з ще більш концентрованою масою в неймовірно маленькому просторі.
Це як намагатися зігнути наше сонце настільки, щоб помістити його в багажник вашого автомобіля.
Цей останній крок робить результуюче гравітаційне поле настільки потужним, що воно починає поглинати власне світло, яке закінчується перетворити зірку на чорну діру.
типи чорних дір
Є різні типи чорних дір і вони класифікуються відповідно до їх розміру та кількості маси, яку вони містять.
надмасивна чорна діра
Надмасивні чорні діри, мабуть, найбільші та найпотужніші. Вони можуть містити в кілька мільйонів разів масу нашого Сонця в просторі лише в 2 або 3 рази більшому, що також робить їх дуже потужними.
Зазвичай надмасивні чорні діри домінують у центрах багатьох великих галактик, особливо еліптичних галактик. Яскравий приклад можна знайти вдома, оскільки навколо обертається Чумацький Шлях Стрілець А, дійсно величезна надмасивна чорна діра розміром близько 120 а.о.
Чорні діри середньої маси
За своєю масою вони наступні за шкалою. Вони менш щільні, ніж надмасивні чорні діри, але все одно справді вражаючі.
Чорні діри з еквівалентною масою від 100 до 1.000.000 XNUMX XNUMX сонячних мас підпадають під цю класифікацію.
чорні діри зоряної маси
Вони досить поширені, і з планети Земля ми змогли спостерігати кілька чорних дір, які вписуються в цю класифікацію.
Чорні діри зоряної маси містять від 30 до 70 сонячних мас. Вони утворюються внаслідок гравітаційного колапсу масивних зірок, відомих в астрофізиці як Наднові.
мікро чорні діри
Мікрочорні діри є категорією цієї класифікації, однак вони залишаються гіпотезою.
У відповідності з Теорія Хокінса Що стосується чорних дір, то ці мікро чорні діри містили б дивовижну кількість матерії в надзвичайно маленькому просторі, тому матерія всередині них могла б керуватися правилами квантової фізики.
Однією з місій великого адронного колайдера в ЦЕРН є створення елементів для формування штучної мікрочорної діри, де можна було б перевірити кілька теорій квантової фізики або, зрештою, виділити частинку з темна матерія.