Класс!ная физика



Черные дыры. Что вы о них знаете?

Нет ничего страшнее черной дыры! Это самые загадочные объекты в нашей Вселенной. И хотя никакой космический аппарат не сможет к ним приблизиться, мы можем доказать, что они существуют. Черные дыры, как сказочные драконы, поглощают все, что находится рядом. Но, хотя черные дыры способны разрушить все во Вселенной, они же помогают создавать галактики.
Черные дыры помогли нам понять, как образуются галактики, и как устроена Вселенная.

Источник энергии черных дыр – гравитация. Запредельная гравитация в черной дыре затягивает все, что находится рядом, даже свет. Все, что находится рядом обречено: планеты, звезды и целые солнечные системы.

Черные дыры находятся в космосе с нами по соседству, они странствуют и по нашей галактике и могут подкрасться к нам незаметно и проглотить нас. Если какая-нибудь черная дыра найдет путь в нашу Солнечную систему, она разорвет нас на части. Она начнет притягивать планеты сильнее, чем Солнце, она сорвет планеты с их орбит и столкнет их друг с другом. Если черная дыра приблизится к Земле, то она сорвет и засосет сначала атмосферу, а затем и всю планету.

Черная дыра не пустое место. Черная дыра поглощает вещество и излучение, увеличивая этим свою массу. Она обладает невероятной плотностью и колоссальной гравитационной силой. Чтобы представить, как плотна и тяжела черная дыра, мысленно сожмите Землю в шарик с диаметром 5 см. Плотность такого шарика будет так велика, что даже атомы разрушатся. Это и будет плотность черной дыры диаметром 5 см, но с весом, как у Земли, и с такой же, как у Земли, силой тяжести.

Черные дыры нарушают все законы привычной нам физики, поэтому так интересны были бы полеты к черным дырам. Но такое путешествие для человека невозможно, это было бы путешествие в один конец. Наверное, робот это единственное, что можно было бы послать к черной дыре. Но сможет ли даже робот приблизиться к краю черной дыры?

А что внутри черной дыры?
Ученые пока не знают, что находится в центре черной дыры, об этом можно лишь рассуждать теоретически.

Черная дыра окружена поверхностью: вещество и излучение свободно падает сквозь нее в черную дыру, но оттуда ничто не может выйти. Это не физическая поверхность, и ее можно не заметить, даже пройдя через нее. Этот край черной дыры называется горизонтом событий, именно он делит пространство на две части. Но, если вы окажетесь внутри него, вы обречены.

Чем ближе к горизонту событий, тем сильнее гравитация. Сила тяжести, действующая на приближающийся к черной дыре объект, растягивает его, чем ближе, тем сильнее. Объект растягивается в длину, а затем разрывается силой гравитации на части.

Кроме того, по мере приближения к горизонту событий сильнейшая гравитация «останавливает» время. Если смотреть со стороны, то, кажется, что падающий в черную дыру объект сначала замедляет свое движение, а затем и вовсе останавливается, потому что его часы идут на много медленнее, чем ваши. В действительности объект продолжает свое движение и пересекает горизонт событий. Интересно, что если посмотреть с объекта в сторону противоположную движению, то будет видно, как засасывается свет. А впереди перед ним – лишь темнота.

Если мы будем наблюдать звезду в момент ее превращения в черную дыру, то сначала увидим, как звезда все быстрее и быстрее сжимается. Затем, по мере приближения  силы гравитации звезды  к бесконечности,  сжатие начнет замедляться, пока не остановится совсем. При этом приходящий от звезды свет будет  ослабевать  и краснеть  до тех пор, пока не исчезнет вовсе.  В  борьбе с  гравитацией  свет  будет терять   свою энергию и ему надо будет  все больше времени, чтобы достичь  наших глаз, и, в конце концов,  он  пропадет. И мы никогда не увидим, что происходит со звездой за горизонтом событий.

Огромная сила притяжения черной дыры притягивает всё к невообразимому центру-точке. Плотность в центре черной дыры так велика, что перестают действовать законы физики. Сингулярность – это место, где гравитация бесконечна, а время и пространство теряют смысл. И никто еще не знает, что там происходит.

Как рождаются черные дыры?

Во Вселенной нет других сил, способных образовывать черные дыры кроме гравитации. А где же во Вселенной присутствует такая сильная гравитация? Внутри самых крупных звезд. Когда большие звезды, в 10 раз крупнее нашего Солнца, умирают, сила тяжести разрушает их, происходит мощный взрыв, и появляется сверхновая звезда.

Но есть и еще большие звезды, и сила тяжести у них еще больше. Когда одна из таких сверхкрупных звезд (в 1000 раз больше Солнца) умирает, во Вселенной происходит мощнейший взрыв гиперновой звезды, и рождается черная дыра.

В нашей Вселенной множество звезд разной массы. Одни умирают тихо, другие взрываются, третьи порождают черные дыры.

В конце жизни гигантская звезда с огромной силой тяжести исчерпывает свои внутренние запасы ядерного топлива. Под действием силы тяжести, направленной внутрь звезды, ядро звезды за какую-то долю секунды сжимается до размера субатомной частицы и рождается новая черная дыра. Она сразу начинает поглощать все, что осталось от звезды и все вокруг себя, при этом она сильно нагревается. Наконец, звезда взрывается и за секунду выбрасывает в противоположные от себя стороны в сотни раз больше энергии, чем наше Солнце производит за всю свою жизнь. В результате образуются черная дыра и два мощных потока гамма-излучения, которые пронизывают Вселенную со скоростью света. По мощности их можно сравнить разве что с Большим взрывом. Длительность большинства таких потоков гамма-излучения не превышает нескольких секунд. К счастью, в основном вспышки гамма-излучений наблюдаются за пределами нашей галактики, иначе они превратили бы нашу планету в пар.

Итак, черные дыры рождаются из умирающих звезд. Большинство черных дыр в диаметре около 30 км, но есть и большие – массивные черные дыры. Их размер достигает размеров нашей Солнечной системы. Именно такая черная дыра расположена в центре нашей галактики Млечного пути.

Вся наша галактика вращается вокруг огромной черной дыры, и стало это известно ученым по косвенным признакам. Звезды в центре галактики движутся со скоростями в миллионы км в час, и эти скорости много больше, чем в других областях галактики. Только очень сильная гравитация может быть причиной столь стремительного движения, и только один объект во Вселенной может ее создать – это черная дыра. Так было сделано важнейшее открытие – все в нашей галактике, в том числе и Солнце, вращается вокруг массивной черной дыры.

В центре большинства галактик во Вселенной находятся массивные черные дыры!

Как появились первые черные дыры?

Приблизительно 14 миллиардов лет тому назад, когда после Большого взрыва Вселенная была заполнена облаками газа, в областях наибольшей плотности формировались звезды. Большинство первых звезд были очень большими. Они быстро сгорали, взрывались, образуя множество, как больших, так и маленьких, черных дыр. Самые массивные из них могли сохраниться и до наших дней.

Гравитация притягивала многие черные дыры друг к другу. Каждая такая черная дыра росла, ее гравитация увеличивалась и все сильнее притягивала облака газа, а из газа рождались новые звезды, образуя галактику. Когда плотность поглощенного газа доходила до предела, он вырывался из черной дыры через центр галактики в космос мощнейшими струями энергии. Каждая такая струя могла быть в 20 раз шире нашей Солнечной системы.
Так сверхмассивная черная дыра порождает квазар – самый мощный объект Вселенной.

Ученые считают, что размер галактики зависит от черной дыры в ее центре. Когда газа вокруг черной дыры не остается, галактика перестает расти, а квазар становится меньше и исчезает. В результате остается гигантская черная дыра в центре галактики со множеством молодых звезд. Также сформировалась и наша галактика Млечный путь. Возможно, любая большая галактика была квазаром в юном возрасте.

Космические обсерватория «Чандра» уже обнаружила по рентгеновскому излучению тысячи квазаров разных форм и размеров. А каждый квазар – это новая галактика с черной дырой в центре. Эти квазары затихнут по мере взросления галактик.

Черные дыры открыты, но до сих пор ученые не знают, что находится в центре черной дыры. Некоторые ученые считают, что черные дыры можно использовать как порталы (входы) в другие Вселенные.
С другой стороны черная дыра может быть причиной Большого взрыва: когда материя засасывается с одной стороны, то , возможно, она где-то выбрасывается с другой, что похоже на Большой взрыв.

Подсчитывая вспышки гамма-излучений, можно определить количество образовавшихся черных дыр. Так запущенный в 2004 году космический зонд «Свифт» фиксирует примерно одну вспышку в день. Теперь астрономы знают, что существуют, вероятно, миллиарды черных дыр.

Когда-то считалось, что физика черных дыр слишком фантастична, но теперь известно, что черные дыры существуют, и что именно черные дыры управляют эволюцией Вселенной.
Однако вопрос об исчезновении информации в черной дыре является пока "черной дырой" в современной физике ...





Устали? - Отдыхаем!

Вверх