For moderne videnskabsmænd er et sort hul et af de mest mystiske fænomener i vores univers. Studiet af sådanne genstande er vanskeligt, det er ikke muligt at prøve dem "af erfaring". Massen, tætheden af stoffet i et sort hul, processerne for dannelse af dette objekt, dimensioner - alt dette vækker interesse blandt specialister og til tider - forvirring. Lad os overveje emnet mere detaljeret. Lad os først analysere, hvad sådan et objekt er.
Generelle oplysninger
En fantastisk egenskab ved et kosmisk objekt er kombinationen af en lille radius, en høj tæthed af sort hul-stof og en utrolig stor masse. Alle aktuelt kendte fysiske egenskaber ved et sådant objekt virker mærkelige for videnskabsmænd, ofte uforklarlige. Selv de mest erfarne astrofysikere er stadig forbløffet over de særlige kendetegn ved sådanne fænomener. Den vigtigste funktion, der gør det muligt for videnskabsmænd at identificere et sort hul, er begivenhedshorisonten, det vil sige grænsen på grund af hvilkenintet kommer tilbage, inklusive lyset. Hvis en zone er permanent adskilt, udpeges adskillelsesgrænsen som begivenhedshorisonten. Med midlertidig adskillelse er tilstedeværelsen af en synlig horisont fast. Nogle gange er tidsmæssigt et meget løst begreb, det vil sige, at regionen kan være adskilt i en periode, der overstiger universets nuværende alder. Hvis der er en synlig horisont, der eksisterer i lang tid, er det svært at skelne den fra begivenhedshorisonten.
På mange måder skyldes et sort huls egenskaber, tætheden af det stof, der danner det, andre fysiske egenskaber, der fungerer i vores verdenslove. Begivenhedshorisonten for et sfærisk symmetrisk sort hul er en kugle, hvis diameter bestemmes af dens masse. Jo mere masse der trækkes indad, jo større er hullet. Og alligevel forbliver den overraskende lille på baggrund af stjerner, da gravitationstrykket komprimerer alt indeni. Hvis vi forestiller os et hul, hvis masse svarer til vores planet, vil radius af et sådant objekt ikke overstige et par millimeter, det vil sige, at det vil være ti milliarder mindre end jorden. Radius blev opkaldt efter Schwarzschild, videnskabsmanden, der først udledte sorte huller som en løsning på Einsteins generelle relativitetsteori.
Og indeni?
Når en person er kommet ind i et sådant objekt, er det usandsynligt, at en person vil bemærke en enorm tæthed på sig selv. Egenskaberne ved et sort hul er ikke godt forstået for at være sikker på, hvad der vil ske, men forskere mener, at intet særligt kan afsløres, når de krydser horisonten. Dette forklares af den tilsvarende Einsteinianerprincip, der forklarer, hvorfor feltet, der danner horisontens krumning, og accelerationen, der ligger i planet, ikke adskiller sig for iagttageren. Når du sporer krydsningsprocessen på afstand, kan du se, at objektet begynder at sænke farten nær horisonten, som om tiden går langsomt på dette sted. Efter nogen tid vil objektet krydse horisonten, falde ind i Schwarzschild-radius.
Tætheden af stof i et sort hul, massen af et objekt, dets dimensioner og tidevandskræfter og tyngdefeltet er tæt beslægtede. Jo større radius, jo lavere tæthed. Radius øges med vægten. Tidevandskræfterne er omvendt proportionale med den kvadrerede vægt, det vil sige, når dimensionerne øges og tætheden falder, falder objektets tidevandskræfter. Det vil være muligt at overvinde horisonten, før man bemærker dette faktum, hvis massen af objektet er meget stor. I de tidlige dage af den generelle relativitetsteori troede man, at der var en singularitet i horisonten, men det viste sig ikke at være tilfældet.
About Density
Som undersøgelser har vist, kan tætheden af et sort hul, afhængig af massen, være mere eller mindre. For forskellige objekter varierer denne indikator, men falder altid med stigende radius. Der kan opstå supermassive huller, som dannes på en omfattende måde på grund af ophobning af materiale. I gennemsnit er tætheden af sådanne objekter, hvis masse svarer til den samlede masse af flere milliarder armaturer i vores system, mindre end tætheden af vand. Nogle gange kan det sammenlignes med niveauet af gasdensitet. Tidevandskraften af dette objekt aktiveres allerede efter observatøren krydser horisontenbegivenheder. Den hypotetiske opdagelsesrejsende ville ikke tage skade, da han nærmede sig horisonten, og ville falde mange tusinde kilometer, hvis han fandt beskyttelse mod diskplasmaet. Hvis iagttageren ikke ser sig tilbage, vil han ikke bemærke, at horisonten er krydset, og hvis han drejer hovedet, vil han sandsynligvis se lysstråler frosset i horisonten. Tiden for observatøren vil flyde meget langsomt, han vil være i stand til at spore begivenheder nær hullet indtil dødsøjeblikket - enten hende eller universet.
For at bestemme tætheden af et supermassivt sort hul skal du kende dets masse. Find værdien af denne mængde og Schwarzschild-volumen, der er iboende i rumobjektet. I gennemsnit er en sådan indikator ifølge astrofysikere usædvanlig lille. I en imponerende procentdel af tilfældene er det mindre end niveauet af lufttæthed. Fænomenet forklares som følger. Schwarzschild-radius er direkte relateret til vægten, mens massefylden er omvendt relateret til volumen og dermed Schwarzschild-radius. Volumenet er direkte relateret til den kuberede radius. Massen stiger lineært. Følgelig vokser volumenet hurtigere end vægten, og den gennemsnitlige tæthed bliver mindre, jo større radius af det undersøgte objekt er.
Nygerrig efter at vide
Den tidevandskraft, der er iboende i et hul, er en gradient af tyngdekraften, som er ret stor i horisonten, så selv fotoner kan ikke undslippe herfra. Samtidig sker stigningen i parameteren ganske jævnt, hvilket gør det muligt for observatøren at overvinde horisonten uden risiko for sig selv.
Undersøgelser af tætheden af et sort hul iobjektets centrum er stadig relativt begrænset. Astrofysikere har fastslået, at jo tættere den centrale singularitet er, jo højere er tæthedsniveauet. Beregningsmekanismen nævnt tidligere giver dig mulighed for at få en meget gennemsnitlig idé om, hvad der sker.
Forskere har ekstremt begrænsede ideer om, hvad der sker i hullet, dets struktur. Ifølge astrofysikere er tæthedsfordelingen i et hul ikke særlig signifikant for en udefrakommende observatør, i hvert fald på det nuværende niveau. Meget mere informativ specifikation af tyngdekraft, vægt. Jo større masse, jo stærkere er centrum, horisonten, adskilt fra hinanden. Der er også sådanne antagelser: lige ud over horisonten er stof i princippet fraværende, det kan kun detekteres i objektets dybde.
Kender nogen tal?
Forskere har tænkt på tætheden af et sort hul i lang tid. Visse undersøgelser blev udført, forsøgte at beregne. Her er en af dem.
Solmassen er 210^30 kg. Der kan dannes et hul på stedet for et objekt, der er flere gange større end Solen. Tætheden af det letteste hul er estimeret til et gennemsnit på 10^18 kg/m3. Dette er en størrelsesorden højere end tætheden af kernen i et atom. Omtrent den samme forskel fra det gennemsnitlige tæthedsniveau, der er karakteristisk for en neutronstjerne.
Eksistensen af ultralette huller er mulig, hvis dimensioner svarer til subnukleare partikler. For sådanne objekter vil tæthedsindekset være uoverkommeligt stort.
Hvis vores planet bliver et hul, vil dens tæthed være cirka 210^30 kg/m3. Det har forskerne dog ikke været i stand tilafsløre de processer, som resulterer i, at vores rumhus kan forvandles til et sort hul.
Om tallene mere detaljeret
Tætheden af det sorte hul i midten af Mælkevejen er estimeret til 1,1 millioner kg/m3. Massen af dette objekt svarer til 4 millioner solmasser. Hullets radius er anslået til 12 millioner km. Den angivne tæthed af det sorte hul i midten af Mælkevejen giver en idé om de fysiske parametre for supermassive huller.
Hvis vægten af et eller andet objekt er 10^38 kg, det vil sige, det anslås til cirka 100 millioner sole, så vil tætheden af et astronomisk objekt svare til tæthedsniveauet af granit fundet på vores planet.
Blandt alle de huller, som moderne astrofysikere kender, blev et af de tungeste huller fundet i kvasaren OJ 287. Dens vægt svarer til 18 milliarder armaturer i vores system. Hvad er tætheden af et sort hul, har videnskabsmænd beregnet uden større besvær. Værdien viste sig at være forsvindende lille. Den er kun 60 g/m3. Til sammenligning: Vores planets atmosfæriske luft har en tæthed på 1,29 mg/m3.
Hvor kommer hullerne fra?
Forskere udførte ikke kun forskning for at bestemme tætheden af et sort hul i sammenligning med stjernen i vores system eller andre kosmiske legemer, men forsøgte også at bestemme, hvor huller kommer fra, hvad er mekanismerne for dannelsen af sådanne mystiske genstande. Nu er der en idé om fire måder for udseendet af huller. Den mest forståelige mulighed er sammenbruddet af en stjerne. Når den bliver stor, er syntesen i kernen afsluttet,trykket forsvinder, stoffet falder til tyngdepunktet, så der opstår et hul. Når du nærmer dig midten, øges tætheden. Før eller siden bliver indikatoren så signifikant, at eksterne objekter ikke er i stand til at overvinde tyngdekraftens virkninger. Fra dette tidspunkt opstår et nyt hul. Denne type er mere almindelig end andre og kaldes solmassehuller.
En anden ret almindelig type hul er en supermassiv. Disse observeres oftere i galaktiske centre. Objektets masse i sammenligning med solmassehulet beskrevet ovenfor er milliarder af gange større. Forskere har endnu ikke etableret processerne for manifestation af sådanne objekter. Det antages, at et hul først dannes i henhold til den ovenfor beskrevne mekanisme, derefter absorberes nabostjerner, hvilket fører til vækst. Dette er muligt, hvis galaksens zone er tæt befolket. Absorption af stof sker hurtigere, end ovenstående skema kan forklare, og videnskabsmænd kan endnu ikke gætte, hvordan absorptionen forløber.
Antagelser og ideer
Et meget vanskeligt emne for astrofysikere er primordiale huller. Sådanne fremgår sandsynligvis af enhver messe. De kan dannes i store udsving. Sandsynligvis fandt udseendet af sådanne huller sted i det tidlige univers. Indtil videre tillader undersøgelser, der er viet til kvaliteter, funktioner (herunder tæthed) af sorte huller, processerne for deres udseende os ikke at bestemme en model, der nøjagtigt gengiver processen med udseendet af et primært hul. De modeller, der i øjeblikket er kendt, er overvejende sådan, at hvis de blev implementeret i virkeligheden,der ville være for mange huller.
Antag, at Large Hadron Collider kan blive en kilde til dannelse af et hul, hvis masse svarer til Higgs-bosonen. Derfor vil tætheden af det sorte hul være meget stor. Hvis en sådan teori bekræftes, kan den betragtes som indirekte bevis for tilstedeværelsen af ekstra dimensioner. På nuværende tidspunkt er denne spekulative konklusion endnu ikke blevet bekræftet.
Stråling fra et hul
Emissionen af et hul forklares ved stofs kvanteeffekter. Rummet er dynamisk, så partiklerne her er helt anderledes, end vi er vant til. I nærheden af hullet er ikke kun tiden forvrænget; forståelsen af en partikel afhænger i høj grad af, hvem der observerer den. Hvis nogen falder ned i et hul, ser det ud til, at han kaster sig ud i et vakuum, og for en fjern observatør ligner det en zone fyldt med partikler. Effekten forklares ved strækningen af tid og rum. Strålingen fra hullet blev først identificeret af Hawking, hvis navn blev givet til fænomenet. Stråling har en temperatur, der er omvendt relateret til massen. Jo lavere vægten af et astronomisk objekt er, jo højere er temperaturen (såvel som tætheden af et sort hul). Hvis hullet er supermassivt eller har en masse, der kan sammenlignes med en stjerne, vil den iboende temperatur af dets stråling være lavere end mikrobølgebaggrunden. På grund af dette er det ikke muligt at observere hende.
Denne stråling forklarer datatabet. Dette er navnet på et termisk fænomen, som har én særskilt kvalitet - temperatur. Der er ingen information om processerne for huldannelse gennem undersøgelsen, men et objekt, der udsender sådan stråling, mister samtidig masse (og vokser derfortætheden af det sorte hul) reduceres. Processen er ikke bestemt af stoffet, hvorfra hullet er dannet, afhænger ikke af, hvad der senere blev suget ind i det. Forskere kan ikke sige, hvad der blev bunden af hullet. Desuden har undersøgelser vist, at stråling er en irreversibel proces, det vil sige en proces, der simpelthen ikke kan eksistere i kvantemekanikken. Det betyder, at stråling ikke kan forenes med kvanteteori, og inkonsistensen kræver yderligere arbejde i denne retning. Selvom videnskabsmænd mener, at Hawking-stråling bør indeholde information, har vi bare endnu ikke midlerne eller evnerne til at opdage det.
Nygerrig: om neutronstjerner
Hvis der er en supergigant, betyder det ikke, at sådan et astronomisk legeme er evigt. Over tid ændres det, kasserer de ydre lag. Hvide dværge kan dukke op fra resterne. Den anden mulighed er neutronstjerner. Specifikke processer bestemmes af den primære krops kernemasse. Hvis det estimeres inden for 1,4-3 sol, så er ødelæggelsen af supergiganten ledsaget af meget højt tryk, på grund af hvilket elektronerne så at sige presses ind i protonerne. Dette fører til dannelsen af neutroner, emission af neutrinoer. I fysik kaldes dette en degenereret neutrongas. Dens tryk er sådan, at stjernen ikke kan trække sig yderligere sammen.
Men som undersøgelser har vist, opstod sandsynligvis ikke alle neutronstjerner på denne måde. Nogle af dem er resterne af store, der eksploderede som en anden supernova.
Tom kropsradiusmindre end mere masse. For de fleste varierer det mellem 10-100 km. Undersøgelser blev udført for at bestemme tæthederne af sorte huller, neutronstjerner. For det andet, som test har vist, er parameteren relativt tæt på den atomare. Specifikke tal fastsat af astrofysikere: 10^10 g/cm3.
Nygerrig efter at vide: teori og praksis
Neutronstjerner blev forudsagt i teorien i 60'erne og 70'erne af forrige århundrede. Pulsarer var de første, der blev opdaget. Disse er små stjerner, hvis rotationshastighed er meget høj, og magnetfeltet er virkelig grandiose. Det antages, at pulsaren arver disse parametre fra den oprindelige stjerne. Rotationsperioden varierer fra millisekunder til flere sekunder. De første kendte pulsarer udsendte periodisk radioemission. I dag kendes pulsarer med røntgenspektrumstråling, gammastråling.
Den beskrevne proces med neutronstjernedannelse kan fortsætte - der er intet, der kan stoppe den. Hvis kernemassen er mere end tre solmasser, så er det punktvise legeme meget kompakt, det omtales som huller. Det vil ikke være muligt at bestemme egenskaberne for et sort hul med en masse større end den kritiske. Hvis en del af massen går tabt på grund af Hawking-stråling, vil radiussen samtidig falde, så vægtværdien igen vil være mindre end den kritiske værdi for dette objekt.
Kan et hul dø?
Forskere fremsætter antagelser om eksistensen af processer på grund af deltagelse af partikler og antipartikler. Udsvinget af elementerne kan få det tomme rum til at blive karakteriseretnul energiniveau, som (her er et paradoks!) ikke vil være lig med nul. Samtidig vil begivenhedshorisonten, der er iboende i kroppen, modtage et lavenergispektrum, der er iboende i den absolutte sorte krop. Sådan stråling vil forårsage massetab. Horisonten vil skrumpe lidt ind. Antag, at der er to par af en partikel og dens antagonist. Der er en udslettelse af en partikel fra et par og dens antagonist fra et andet. Som en konsekvens er der fotoner, der flyver ud af hullet. Det andet par foreslåede partikler falder ned i hullet og absorberer samtidig en vis mængde masse, energi. Gradvist fører dette til det sorte huls død.
Som konklusion
Ifølge nogle er et sort hul en slags kosmisk støvsuger. Et hul kan sluge en stjerne, det kan endda "spise" en galakse. På mange måder kan forklaringen af et huls kvaliteter, såvel som funktionerne i dets dannelse, findes i relativitetsteorien. Det er kendt fra det, at tiden er kontinuerlig, såvel som rummet. Dette forklarer, hvorfor komprimeringsprocesser ikke kan stoppes, de er ubegrænsede og ubegrænsede.
Dette er disse mystiske sorte huller, som astrofysikere har ramt deres hjerner over i mere end et årti.
