Принцип черной дыры. Самая большая чёрная дыра в известной Вселенной

Самая известная черта черных дыр оказалась мифом

Черные дыры — самые странные и удивительные объекты во всей Вселенной. Обладая огромным количеством массы, сконцентрированной в чрезвычайно малом объеме, они неизбежно коллапсируют в сингулярность, окруженную горизонтом событий, за пределы которого не может выйти ничто. Это самые плотные объекты во Вселенной. Всякий раз, когда что-либо приближается к черной дыре, ее силы разрывают его на части; когда любая материя, антиматерия или излучение пересекают горизонт событий, она просто падает в центр, в сингулярность, а черная дыра растет и набирает массу.

Примерно так могут выглядеть черные дыры.

Но кто бы вам что ни говорил, черные дыры вообще ничего не засасывают.

Черная дыра в космосе

Все выше обозначенные свойства черных дыр — истинные. Но мы привыкли жить с абсолютно фантастической идеей: черные дыры засасывают окружающую материю. Это совершенно не так и искажает принципы работы гравитации. Самый большой миф на тему черных дыр заключается в том, что они засасывают. Мы расскажем вам научную правду.

Как в принципе, так и на практике существует много разных способов образования черной дыры. Можно взять большую, массивную звезду и превратить ее в сверхновую, так чтобы центральное ядро провалилось в себя и сформировало черную дыру. Можно взять за основу слияние двух нейтронных звезд, когда они приводят к образованию черной дыры при пересечении определенного порога массы. Можно было бы собрать кучу вещества — сверхмассивную звезду или огромное облако сжиженного газа — и заставить его свернуться в черную дыру.

При наличии достаточной массы в достаточно концентрированном объеме пространства, вокруг нее сформируется горизонт событий. За его пределы можно сбежать, если двигаться прочь от черной дыры на скорости света. Но если вы окажетесь в за горизонтом событий, то даже движение со скорость света будет неизбежно прокладывать путь в центральную сингулярностью. Из горизонта событий черной дыры сбежать нет никакой возможности.

Иллюстрация черной дыры.

Однако для объектов за пределами черной дыры все не так просто. Поскольку черные дыры являются такими массивными объектами, когда вы приближаетесь к одной из них, вы начинаете испытывать значительные приливные силы. Возможно, вы знакомы с приливными силами Луны и как они влияют на Землю.

Если усреднить, можно рассматривать Луну как точечную массу и Землю как точечную массу, разделенные относительно большим расстоянием в 380 000 километров или около того. Но в реальности Земля это не точка, а объект, занимающий конкретный реальный объем. Одни части Земли будут ближе к Луне, чем другие. Более близкие части будут испытывать больше гравитационное притяжение в среднем; более удаленные будут испытывать меньшее притяжение в среднем.

Однако есть нечто большее, чем просто тот факт, что часть Земли находится ближе, а часть дальше от Луны. Как и все физические объекты, Земля является трехмерной, что означает, что «верхняя» и «нижняя» области Земли (с точки зрения Луны) будут притягиваться внутрь, к центру Земли, относительно частей, расположенных в середине.

Распределение сил притяжения спутника.

В общем, если вычесть среднюю силу, которая ощущается в каждой точке на Земле, мы сможем увидеть, как разные точки на поверхности по-разному ощущают внешние силы от Луны. Эти силовые линии отображают относительные силы, которые испытывает объект, и объясняют, почему объекты, испытывающие приливы, растягиваются по направлению силы и сжимаются перпендикулярно этому направлению.

Чем ближе вы к массивному объекту, тем больше становятся эти приливные силы. Они нарастают даже быстрее, чем гравитационная сила. Поскольку черные дыры чрезвычайно массивны и компактны, они генерируют самые большие приливные силы во Вселенной. Вот почему, когда вы приближаетесь к черной дыре, вы «спагеттифицируетесь», или растягиваетесь в тонкую, лапшевидную форму.

Понятно теперь, почему вы ожидаете, что черная дыра засосет вас: чем ближе вы, тем сильнее становится сила притяжения и тем сильнее становятся приливные силы, разрывающие вас на части.

Читать еще:  Маринованные кабачки быстрого приготовления — лучшие рецепты.

Можно ли попасть в черную дыру

Тем не менее, идея того, что вас засосет в черную дыру, остается неверной. Это заблуждение. Каждая отдельная частица, составляющая объект, на который воздействует черная дыра, все еще подчиняется тем же законам физики, включая гравитационную кривизну пространства-времени, порожденную общей теорией относительности.

Сила гравитационного воздействия может менять в зависимости от многих факторов.

Хотя справедливо, что ткань пространства искривлена наличием массы, и что черные дыры обеспечивают наибольшую концентрацию массы во всей Вселенной, также верно и то, что плотность этой массы не играет роли в том, как искривляется пространство. Если заменить Солнце белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой с такой же массой, гравитационная сила, воздействующая на Землю, не изменилась бы. Именно общая масса искривляет пространство вокруг; плотность практически не имеет к этому никакого отношения.

Издали черная дыра напомнит любую другую массу во Вселенной. Только при приближении — в пределах нескольких радиусов Шварцшильда — вы начнете замечать отклонения от ньютоновской гравитации. Тем не менее, черная дыра действует просто как аттрактор, и объекты, приближающиеся к ней, будут обладать такими же орбитами, что и всегда: круговыми, эллиптическими, параболическими или гиперболическими, с достаточно большим приближением.

Из-за приливных сил приближающиеся объекты могут разрываться на части, а поскольку вещество собирается вокруг черной дыры в форме диска аккреции, могут быть и другие эффекты: магнитные поля, трение и нагревание. Часть вещества, учитывая эти дополнительные взаимодействия, может замедляться и в конечном итоге поглощаться черной дырой, но подавляющее большинство ее все равно будет убегать.

Самое главное в том, что черные дыры ничего не засасывают; нет никакой силы, которую черная дыра оказывала бы на обычный объект (вроде луны, планеты или звезды). Работает исключительно гравитация. Самое главное отличие в том, что черные дыры плотнее большинства других тел, при этом занимают меньший объем пространства и могут быть гораздо более массивными, чем любой другой объект по отдельности. Сатурн может быть замечательно кружит на орбите вокруг Солнца, но если поместить вместо светила черную дыру из центра Млечного Пути — которая в 4 000 000 раз массивнее нашей звезды — приливные силы будут достаточно мощными, чтобы вытянуть Сатурн в огромное кольце, так что он станет частью диска аккреции черной дыры. При достаточном трении, нагреве и ускорении в присутствии гравитационных, электрических и магнитных полей, которые создает материя, все рано или поздно будет проглочено и упадет в черную дыру.

Черные дыры, по всей видимости, засасывают материю внутрь лишь благодаря своей массе, а сочетание приливных сил и вещества, уже присутствующего возле черной дыры, разрывает объекты на мелкие частицы, которые увлекаются диском аккреции и в конечном итоге самой черной дырой. Однако подавляющее большинство вещества, которое пройдет рядом с черной дырой, будет выплюнуто обратно в той или иной форме. Лишь малая часть, попадающая в горизонт событий, приведет к росту черной дыры.

Если заменить всю массу Вселенной эквивалентной черной дырой и убрать весь трущийся материал в виде дисков аккреции, очень мало чего вообще будет засосано. Единственное трение, которое испытает частица, будет связано с гравитационным излучением, испускаемым в процессе движения частицы сквозь искривленное черной дырой пространство. Только материал, который сформировал внутреннюю часть, в три раза превышающую радиус горизонта событий, будет засосан внутрь вследствие поведения самой теории Эйнштейна. Но это пшик по сравнению с тем, что попадает в горизонт событий в нашей физической реальности.

Идея о том, что черные дыры вообще что-то засасывают, похоже, стала отличительной чертой этих загадочных объектов. Но это миф. Черные дыры растут только из-за гравитации, ничего более. В нашей Вселенной этого более чем достаточно.

Что ж, пришло время рассказать об этом всем, кто до сих пор не знает правды. Начните в нашем чате в Телеграме.

Черные дыры: самые таинственные объекты Вселенной

Что такое черная дыра?

Черная дыра — объект (область в пространстве-времени), чья гравитация настолько велика, что он притягивает все известные объекты, включая те, которые движутся со скоростью света. Кванты самого света также не могут покинуть эту область, поэтому черная дыра невидима. Наблюдать можно только за электромагнитными волнами, радиацией и искажениями пространства вокруг черной дыры. На снимке, опубликованном Event Horizon Telescope, изображен горизонт событий черной дыры — граница области со сверхсильной гравитацией, обрамленная аккреционным диском — светящейся материей, которую «засасывает» дыра.

Читать еще:  Mine в английском языке. Притяжательные местоимения в английском языке

Термин «черная дыра» появился в середине XX века, его ввел американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер. Он впервые употребил этот термин на научной конференции в 1967 году.

Однако предположения о существовании объектов настолько массивных, что силу их притяжения не может преодолеть даже свет, выдвигались еще в XVIII веке. Современная теория черных дыр начала формироваться в рамках общей теории относительности. Интересно, что сам Альберт Эйнштейн в существование черных дыр не верил.

Откуда берутся черные дыры?

Ученые полагают, что черные дыры бывают разными по происхождению. Черной дырой в конце жизни становятся массивные звезды: за миллиарды лет в них меняется состав газов, температура, что приводит к нарушению равновесия между гравитацией звезды и давлением раскаленных газов. Тогда происходит коллапс звезды: ее объем уменьшается, но, поскольку масса не меняется, растет плотность. Типичная черная дыра звездной массы имеет радиус 30 километров и плотность вещества более 200 млн тонн на кубический сантиметр. Для сравнения: чтобы Земля стала черной дырой, ее радиус должен составить 9 миллиметров.

Существует еще один вид черных дыр — сверхмассивные черные дыры, которые образуют ядра большинства галактик. Их масса в миллиард раз больше массы звездных черных дыр. Происхождение сверхмассивных черных дыр неизвестно, есть гипотеза, что когда-то они были черными дырами звездной массы, которые росли, поглощая другие звезды.

Есть также спорная идея о существовании первичных черных дыр, которые могли появиться от сжатия любой массы в начале существования Вселенной. Кроме того, существует предположение, что очень маленькие черные дыры с массой, близкой массе элементарных частиц, образуются на Большом адронном коллайдере. Однако подтверждения этой версии пока нет.

Черная дыра поглотит нашу галактику?

В центре галактики Млечный Путь есть черная дыра — Стрелец А*. Ее масса в четыре миллиона раз больше массы Солнца, а размер — 25 миллионов километров — примерно равен диаметру 18 солнц. Подобные масштабы заставляют некоторых задаваться вопросом: а не угрожает ли черная дыра всей нашей галактике? Основания для таких предположений есть не только у фантастов: несколько лет назад ученые сообщили о галактике W2246–0526, которая находится в 12,5 млрд световых лет от нашей планеты. Согласно описанию астрономов, находящаяся в центре W2246–0526 свермассивная черная дыра постепенно разрывает ее на части, а возникающее в результате этого процесса излучение разгоняет во все стороны раскаленные гигантские облака газа. Разрываемая черной дырой галактика светится ярче, чем 300 триллионов солнц.

Однако нашей родной галактике ничего подобного не угрожает (по крайней мере в краткосрочной перспективе). Большинство объектов Млечного Пути, включая Солнечную систему, находится слишком далеко от черной дыры, чтобы ощутить ее притяжение. Кроме того, «наша» черная дыра не втягивает весь материал, как пылесос, а выступает лишь гравитационном якорем для группы звезд, находящихся на орбите вокруг нее — как Солнце для планет.

Впрочем, даже если мы когда-нибудь и попадем за горизонт событий черной дыры то, скорее всего, даже не заметим этого.

Что будет, если «упасть» в черную дыру?

Объект, притянутый черной дырой, скорее всего, не сможет оттуда вернуться. Чтобы преодолеть гравитацию черной дыры, нужно развить скорость выше скорости света, но человечество пока не знает, как это можно сделать.

Гравитационное поле вокруг черной дыры очень сильно и неоднородно, поэтому все объекты рядом с ней меняют форму и структуру. Та сторона предмета, которая находится ближе к горизонту событий, притягивается с большей силой и падает с большим ускорением, поэтому весь предмет растягивается, становясь похожим на макаронину. Это явление описал в своей книге «Краткая история времени» знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг. Еще до Хокинга астрофизики назвали это явление спагеттификацией.

Если описывать спагеттификацию с точки зрения космонавта, который подлетел к черной дыре ногами вперед, то гравитационное поле будет затягивать его ноги, а затем растянет и разорвет тело, превратив его в поток субатомных частиц.

Со стороны увидеть падение в черную дыру невозможно, так как она поглощает свет. Сторонний наблюдатель увидит лишь, что приближающийся к черной дыре объект постепенно замедляется, а затем и вовсе останавливается. После этого силуэт объекта будет становиться все более размытым, обретать красный цвет, и наконец просто исчезнет навсегда.

По предположению Стивена Хокинга, все объекты, которые притягивает черная дыра, остаются в горизонте событий. Из теории относительности следует, что вблизи черной дыры время замедляется вплоть до остановки, поэтому для того, кто падает, самого падения в черную дыру может никогда не произойти.

Читать еще:  Читать мёртвые души в сокращении. Мёртвые души
А что внутри?

Достоверного ответа на этот вопрос по понятным причинам сейчас не существует. Впрочем, ученые сходятся во мнении, что внутри черной дыры привычные нам законы физики уже не действуют. Согласно одной из самых захватывающих и экзотических гипотез, пространственно-временной континуум вокруг черной дыры искажается настолько, что в самой реальности образуется прореха, которая может быть порталом в другую вселенную — или так называемой кротовой норой.

Что такое чёрная дыра

Чёрная дыра — это место в космосе, где гравитация настолько сильна, что даже объекты движущиеся со скоростью света не могут ей сопротивляться, в том числе сами частицы света. Такое гравитационное притяжение возникает, потому что материя была сжата в крошечное пространство. Считается, что подобные явления происходят, когда умирают звёзды.

Поскольку никакой свет не может покинуть эту область, чёрные дыры буквально невидимы. Однако космические телескопы со специальным оборудованием способны их обнаруживать. Например, можно фиксировать необычное поведение объектов, которые находятся близко к чёрной дыре.

Размеры чёрных дыр

Учёные считают, что самые маленькие чёрные дыры, размером всего в один атом, могли возникнуть в первые мгновения существования Вселенной. Подобные условия создают на большом адронном коллайдере, и у общественности возникают опасения, что это может привести к возникновению чёрной дыры.

Другой вид чёрных дыр называется «звёздным». Их масса может быть в 20 раз больше массы Солнца. В нашей галактике возможно существование множества чёрных дыр звёздной массы.

Самые большие чёрные дыры называются «сверхмассивными». Они имеют массы, которые составляют более 1 миллиона Солнц. Ученые нашли доказательства того, что каждая большая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. Такой объект в центре галактики Млечный Путь называется Стрелец А. Она имеет массу, равную примерно 4 миллионам Солнц.

Как образуются чёрные дыры

Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.

Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.

Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.

Как учёные узнают о чёрных дырах

Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.

  1. Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
  2. Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.

Может ли чёрная дыра уничтожить Землю

Чёрные дыры не передвигаются по космосу, поглощая звёзды, луны и планеты. Земля не упадет в чёрную дыру, потому что ни одна из них не находится достаточно близко к Солнечной системе.

Даже если бы в центре нашей системы образовалась чёрная дыра той же массы, что Солнце, Землю всё равно бы не затянуло туда. Чёрная дыра будет иметь ту же гравитацию, что и Солнце. Земля и другие планеты будут вращаться вокруг неё, как они вращаются вокруг Солнца.

В любом случае Солнце не такая большая звезда, чтобы когда-то превратиться в чёрную дыру.

Источники:

http://hi-news.ru/space/samaya-izvestnaya-cherta-chernyx-dyr-okazalas-mifom.html

http://www.ntv.ru/card/2981/

Что такое чёрная дыра

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector