For moderne forskere er et sort hull et av de mest mystiske fenomenene i universet vårt. Studiet av slike gjenstander er vanskelig, det er ikke mulig å prøve dem "av erfaring". Massen, tettheten av stoffet til et sort hull, prosessene for dannelse av dette objektet, dimensjoner - alt dette vekker interesse blant spesialister, og til tider - forvirring. La oss vurdere emnet mer detaljert. La oss først analysere hva et slikt objekt er.
Generell informasjon
Et utrolig trekk ved et kosmisk objekt er kombinasjonen av en liten radius, en høy tetthet av sort hull-stoff og en utrolig stor masse. Alle for tiden kjente fysiske egenskaper til et slikt objekt virker merkelige for forskere, ofte uforklarlige. Selv de mest erfarne astrofysikere er fortsatt overrasket over særegenhetene til slike fenomener. Hovedfunksjonen som lar forskere identifisere et svart hull er hendelseshorisonten, det vil si grensen på grunn av hvilkeningenting kommer tilbake, inkludert lyset. Hvis en sone er permanent atskilt, er separasjonsgrensen utpekt som hendelseshorisonten. Med midlertidig separasjon er tilstedeværelsen av en synlig horisont fikset. Noen ganger er temporal et veldig løst konsept, det vil si at regionen kan være atskilt i en periode som overstiger universets nåværende alder. Hvis det er en synlig horisont som eksisterer i lang tid, er det vanskelig å skille den fra hendelseshorisonten.
På mange måter skyldes egenskapene til et sort hull, tettheten til stoffet som danner det, andre fysiske egenskaper som opererer i våre verdenslover. Hendelseshorisonten til et sfærisk symmetrisk sort hull er en kule hvis diameter bestemmes av massen. Jo mer masse som trekkes innover, jo større er hullet. Og likevel forblir den overraskende liten på bakgrunn av stjerner, ettersom gravitasjonstrykket komprimerer alt inne. Hvis vi forestiller oss et hull hvis masse tilsvarer planeten vår, vil radiusen til et slikt objekt ikke overstige noen få millimeter, det vil si at det vil være ti milliarder mindre enn jorden. Radiusen ble oppk alt etter Schwarzschild, vitenskapsmannen som først deduserte sorte hull som en løsning på Einsteins generelle relativitetsteori.
Og inni?
Etter å ha kommet inn i en slik gjenstand, er det usannsynlig at en person vil legge merke til en stor tetthet på seg selv. Egenskapene til et sort hull er ikke godt forstått for å være sikre på hva som vil skje, men forskere mener at ingenting spesielt kan avsløres når de krysser horisonten. Dette forklares med den tilsvarende einsteinianerenprinsipp som forklarer hvorfor feltet som danner horisontens krumning og akselerasjonen som ligger i planet ikke er forskjellig for observatøren. Når du sporer kryssingsprosessen på avstand, kan du se at objektet begynner å avta nær horisonten, som om tiden går sakte på dette stedet. Etter en tid vil objektet krysse horisonten, falle inn i Schwarzschild-radiusen.
Tettheten av materie i et sort hull, massen til et objekt, dets dimensjoner og tidevannskrefter, og gravitasjonsfeltet er nært beslektet. Jo større radius, jo lavere tetthet. Radien øker med vekten. Tidevannskreftene er omvendt proporsjonale med den kvadratiske vekten, det vil si at når dimensjonene øker og tettheten avtar, avtar tidevannskreftene til objektet. Det vil være mulig å overvinne horisonten før du legger merke til dette faktum hvis massen til objektet er veldig stor. I den første tiden av generell relativitetsteori trodde man at det var en singularitet i horisonten, men dette viste seg ikke å være tilfelle.
About Density
Som studier har vist, kan tettheten til et sort hull, avhengig av massen, være mer eller mindre. For forskjellige objekter varierer denne indikatoren, men avtar alltid med økende radius. Supermassive hull kan oppstå, som dannes på en omfattende måte på grunn av opphopning av materiale. I gjennomsnitt er tettheten til slike objekter, hvis masse tilsvarer den totale massen av flere milliarder armaturer i systemet vårt, mindre enn tettheten til vann. Noen ganger kan det sammenlignes med nivået av gasstetthet. Tidevannskraften til dette objektet aktiveres allerede etter at observatøren krysser horisontenarrangementer. Den hypotetiske oppdageren ville ikke bli skadet når han nærmet seg horisonten, og ville falle mange tusen kilometer hvis han fant beskyttelse mot diskplasmaet. Hvis observatøren ikke ser seg tilbake, vil han ikke merke at horisonten er krysset, og hvis han snur hodet, vil han sannsynligvis se lysstråler frosset ved horisonten. Tiden for observatøren vil flyte veldig sakte, han vil være i stand til å spore hendelser nær hullet til dødsøyeblikket - enten henne eller universet.
For å bestemme tettheten til et supermassivt sort hull, må du vite massen. Finn verdien av denne mengden og Schwarzschild-volumet som er iboende i romobjektet. I gjennomsnitt er en slik indikator, ifølge astrofysikere, usedvanlig liten. I en imponerende prosentandel av tilfellene er det mindre enn nivået av lufttetthet. Fenomenet forklares som følger. Schwarzschild-radiusen er direkte relatert til vekten, mens tettheten er omvendt relatert til volumet, og dermed Schwarzschild-radiusen. Volumet er direkte relatert til kuberadiusen. Massen øker lineært. Følgelig vokser volumet raskere enn vekten, og den gjennomsnittlige tettheten blir mindre, jo større radius av objektet som studeres er.
Nysgjerrig på å vite
Tidvannskraften som ligger i et hull er en gradient av tyngdekraften, som er ganske stor i horisonten, så selv fotoner kan ikke rømme herfra. Samtidig skjer økningen i parameteren ganske jevnt, noe som gjør det mulig for observatøren å overvinne horisonten uten risiko for seg selv.
Studier av tettheten til et sort hull imidten av objektet er fortsatt relativt begrenset. Astrofysikere har slått fast at jo nærmere den sentrale singulariteten er, desto høyere er tetthetsnivået. Beregningsmekanismen nevnt tidligere lar deg få en veldig gjennomsnittlig ide om hva som skjer.
Forskere har ekstremt begrensede ideer om hva som skjer i hullet, dets struktur. Ifølge astrofysikere er tetthetsfordelingen i et hull ikke særlig signifikant for en utenforstående observatør, i hvert fall på dagens nivå. Mye mer informativ spesifikasjon av tyngdekraft, vekt. Jo større masse, jo sterkere er sentrum, horisonten, atskilt fra hverandre. Det er også slike antakelser: like utenfor horisonten er materie i prinsippet fraværende, den kan bare oppdages i dypet av objektet.
Er noen tall kjent?
Forskere har tenkt på tettheten til et sort hull i lang tid. Visse studier ble utført, forsøk ble gjort på å beregne. Her er en av dem.
Solmassen er 210^30 kg. Et hull kan dannes på stedet til et objekt som er flere ganger større enn solen. Tettheten til det letteste hullet er estimert til et gjennomsnitt på 10^18 kg/m3. Dette er en størrelsesorden høyere enn tettheten til kjernen til et atom. Omtrent samme forskjell fra gjennomsnittlig tetthetsnivå som er karakteristisk for en nøytronstjerne.
Eksistensen av ultralette hull er mulig, hvis dimensjoner tilsvarer subnukleære partikler. For slike objekter vil tetthetsindeksen være uoverkommelig stor.
Hvis planeten vår blir et hull, vil dens tetthet være omtrent 210^30 kg/m3. Det har imidlertid ikke forskere klartavsløre prosessene som gjør at romhuset vårt kan forvandles til et svart hull.
Om tallene mer detaljert
Tettheten til det sorte hullet i sentrum av Melkeveien er estimert til 1,1 millioner kg/m3. Massen til dette objektet tilsvarer 4 millioner solmasser. Hullets radius er beregnet til 12 millioner km. Den angitte tettheten til det sorte hullet i sentrum av Melkeveien gir en ide om de fysiske parametrene til supermassive hull.
Hvis vekten til et objekt er 10^38 kg, det vil si at den er beregnet til omtrent 100 millioner soler, vil tettheten til et astronomisk objekt tilsvare tetthetsnivået til granitt som finnes på planeten vår.
Blant alle hullene som er kjent for moderne astrofysikere, ble et av de tyngste hullene funnet i kvasaren OJ 287. Vekten tilsvarer 18 milliarder armaturer i systemet vårt. Hva er tettheten til et sort hull, har forskere beregnet uten store problemer. Verdien viste seg å være forsvinnende liten. Den er bare 60 g/m3. Til sammenligning: den atmosfæriske luften på planeten vår har en tetthet på 1,29 mg/m3.
Hvor kommer hull fra?
Forskere utførte ikke bare forskning for å bestemme tettheten til et sort hull sammenlignet med stjernen i systemet vårt eller andre kosmiske kropper, men prøvde også å finne ut hvor hull kommer fra, hva er mekanismene for dannelsen av slike mystiske gjenstander. Nå er det en idé om fire måter å se hull på. Det mest forståelige alternativet er sammenbruddet av en stjerne. Når den blir stor, er syntesen i kjernen fullført,trykket forsvinner, materien faller til tyngdepunktet, så det kommer et hull. Når du nærmer deg sentrum, øker tettheten. Før eller senere blir indikatoren så betydelig at eksterne objekter ikke klarer å overvinne tyngdekraftens virkninger. Fra dette tidspunktet vises et nytt hull. Denne typen er mer vanlig enn andre og kalles solmassehull.
En annen ganske vanlig type hull er en supermassiv. Disse er oftere observert i galaktiske sentre. Massen til objektet i sammenligning med solmassehullet beskrevet ovenfor er milliarder av ganger større. Forskere har ennå ikke etablert prosessene for manifestasjon av slike objekter. Det antas at et hull først dannes i henhold til mekanismen beskrevet ovenfor, deretter absorberes nabostjerner, noe som fører til vekst. Dette er mulig hvis sonen til galaksen er tett befolket. Absorpsjon av materie skjer raskere enn skjemaet ovenfor kan forklare, og forskerne kan ennå ikke gjette hvordan absorpsjonen fortsetter.
Antakelser og ideer
Et veldig vanskelig tema for astrofysikere er primordiale hull. Slike dukker sannsynligvis opp fra enhver messe. De kan dannes i store svingninger. Sannsynligvis fant utseendet til slike hull sted i det tidlige universet. Så langt, studier viet til kvalitetene, funksjonene (inkludert tettheten) til sorte hull, prosessene for utseendet deres tillater oss ikke å bestemme en modell som nøyaktig gjengir prosessen med utseendet til et primært hull. Modellene som er kjent for øyeblikket er overveiende slik at hvis de ble implementert i virkeligheten,det ville vært for mange hull.
Anta at Large Hadron Collider kan bli en kilde til dannelse av et hull, hvis masse tilsvarer Higgs-bosonet. Følgelig vil tettheten til det sorte hullet være veldig stor. Hvis en slik teori bekreftes, kan den betraktes som indirekte bevis for tilstedeværelsen av ekstra dimensjoner. Foreløpig er denne spekulative konklusjonen ennå ikke bekreftet.
Stråling fra et hull
Emisjonen av et hull forklares av kvanteeffektene av materie. Rommet er dynamisk, så partiklene her er helt annerledes enn det vi er vant til. I nærheten av hullet er ikke bare tiden forvrengt; forståelsen av en partikkel avhenger i stor grad av hvem som observerer den. Hvis noen faller ned i et hull, ser det ut til at han stuper inn i et vakuum, og for en fjern observatør ser det ut som en sone fylt med partikler. Effekten forklares ved strekking av tid og rom. Strålingen fra hullet ble først identifisert av Hawking, hvis navn ble gitt til fenomenet. Stråling har en temperatur som er omvendt relatert til massen. Jo lavere vekten av et astronomisk objekt er, desto høyere temperatur (samt tettheten til et sort hull). Hvis hullet er supermassivt eller har en masse som kan sammenlignes med en stjerne, vil den iboende temperaturen til strålingen være lavere enn mikrobølgebakgrunnen. På grunn av dette er det ikke mulig å observere henne.
Denne strålingen forklarer datatapet. Dette er navnet på et termisk fenomen, som har en distinkt kvalitet - temperatur. Det er ingen informasjon om prosessene med hulldannelse gjennom studien, men et objekt som sender ut slik stråling mister samtidig masse (og vokser derfortettheten til det sorte hullet) reduseres. Prosessen er ikke bestemt av stoffet som hullet er dannet av, avhenger ikke av hva som ble sugd inn i det senere. Forskere kan ikke si hva som ble bunnen av hullet. Studier har dessuten vist at stråling er en irreversibel prosess, det vil si en som rett og slett ikke kan eksistere i kvantemekanikk. Dette betyr at stråling ikke kan forenes med kvanteteori, og inkonsekvensen krever videre arbeid i denne retningen. Mens forskere mener at Hawking-stråling bør inneholde informasjon, har vi bare ikke midler eller evner til å oppdage det ennå.
Nysgjerrig: om nøytronstjerner
Hvis det finnes en superkjempe, betyr det ikke at et slikt astronomisk legeme er evig. Over tid endres det, forkaster de ytre lagene. Hvite dverger kan dukke opp fra restene. Det andre alternativet er nøytronstjerner. Spesifikke prosesser bestemmes av kjernemassen til primærlegemet. Hvis det er estimert innen 1,4-3 solar, så er ødeleggelsen av supergiganten ledsaget av veldig høyt trykk, på grunn av hvilket elektronene så å si presses inn i protonene. Dette fører til dannelse av nøytroner, utslipp av nøytrinoer. I fysikk kalles dette en nøytrondegenerert gass. Trykket er slik at stjernen ikke kan trekke seg lenger sammen.
Men som studier har vist, dukket sannsynligvis ikke alle nøytronstjerner opp på denne måten. Noen av dem er restene av store som eksploderte som en ny supernova.
Tom kroppsradiusmindre enn mer masse. For de fleste varierer det mellom 10-100 km. Studier ble utført for å bestemme tettheten til sorte hull, nøytronstjerner. For det andre, som tester har vist, er parameteren relativt nær den atomare. Spesifikke tall satt av astrofysikere: 10^10 g/cm3.
Nysgjerrig på å vite: teori og praksis
Nøytronstjerner ble spådd i teorien på 60- og 70-tallet av forrige århundre. Pulsarer var de første som ble oppdaget. Dette er små stjerner, hvis rotasjonshastighet er veldig høy, og magnetfeltet er virkelig grandiose. Det antas at pulsaren arver disse parameterne fra den opprinnelige stjernen. Rotasjonsperioden varierer fra millisekunder til flere sekunder. De første kjente pulsarene sendte ut periodisk radiostråling. I dag er det kjent pulsarer med røntgenspektrumstråling, gammastråling.
Den beskrevne prosessen med nøytronstjernedannelse kan fortsette - det er ingenting som kan stoppe den. Hvis kjernemassen er mer enn tre solmasser, så er den punktvise kroppen veldig kompakt, det omtales som hull. Det vil ikke være mulig å bestemme egenskapene til et sort hull med en masse større enn den kritiske. Hvis en del av massen går tapt på grunn av Hawking-stråling, vil radius samtidig avta, slik at vektverdien igjen blir mindre enn den kritiske verdien for dette objektet.
Kan et hull dø?
Forskere legger frem antakelser om eksistensen av prosesser på grunn av deltakelse av partikler og antipartikler. Variasjonen i elementene kan føre til at tomrommet karakteriseresnull energinivå, som (her er et paradoks!) ikke vil være lik null. Samtidig vil hendelseshorisonten som er iboende i kroppen motta et lavenergispekter som er iboende i den absolutte svarte kroppen. Slik stråling vil forårsake massetap. Horisonten vil krympe litt. Anta at det er to par av en partikkel og dens antagonist. Det er en utslettelse av en partikkel fra ett par og dens antagonist fra et annet. Som en konsekvens er det fotoner som flyr ut av hullet. Det andre paret av foreslåtte partikler faller ned i hullet, og absorberer samtidig en viss mengde masse, energi. Gradvis fører dette til at det sorte hullet dør.
Som en konklusjon
I følge noen er et sort hull en slags kosmisk støvsuger. Et hull kan svelge en stjerne, det kan til og med "spise" en galakse. På mange måter kan forklaringen på egenskapene til et hull, så vel som egenskapene til dets dannelse, finnes i relativitetsteorien. Det er kjent fra det at tid er kontinuerlig, så vel som rom. Dette forklarer hvorfor komprimeringsprosesser ikke kan stoppes, de er ubegrensede og ubegrensede.
Dette er disse mystiske sorte hullene som astrofysikere har drevet hjernen over i mer enn et tiår.
