Черна дупка

Симулирано изображение на черна дупка.
Това не е ракетна наука, а ...
Астрономия
връзка =: категория:
Финалната граница
Бездната се взира назад
- Само контур -
Тази статия е само кратко описание на темата и не е предназначена да даде пълно обяснение.
Разгледайте раздела „вижте също“ или „препратки“ или Wikipedia статия за повече подробности.



Те са диви морски вълни, разпенващи срама си; скитащи звезди, за които най-черната тъмнина е запазена завинаги.
- Юда 1:13

ДА СЕ Черна дупка е астрономически тяло толкова плътно, че скоростта на бягство е по-голяма от скоростта на светлината . Най-механизмът за създаване на нови черни дупки е сривът на ядрото на масивна звезда, която произвежда черни дупки с приблизително около три пъти по-голяма от масата на Слънцето, въпреки че са възможни и други механизми, като сливането на две неутронни звезди. Черните дупки могат да се слеят и да създадат свръхмасивни черни дупки, които са открити в гъстите централни райони на галактиките. Дълго смятан за теоретичен, научният консенсус беше, че черните дупки съществуват поради убедителни косвени доказателства от множество направления на изследване: акреционна дискова спектроскопия, звездни орбити и откриване на гравитационни вълни от сливане на черна дупка, докато накрая не беше изобразен през април 2019 г. (вижте снимката по-долу) и останалите съмнения най-накрая се разсеяха. По-старите източници все още могат да наричат ​​черните дупки чисто хипотетични обекти.

Докато астрофизическите доказателства подкрепят демонстрира съществуването на черни дупки или поне на нещо, което действа точно като, теоретично черните дупки са парадоксални обекти и създават много теоретични дискусии, които свободно се бъркат с астрофизичната реалност на тяхното съществуване. Дори физиците са виновни за безсмислени спекулации, съдържащи недоказуеми или неизпълними трудно доказуеми твърдения. Общата теория на относителността по същество предсказва, че не може да предскаже какво се случва в самия център на черна дупка. Според GR би се образувала безкрайно плътна сингулярност. Но ако квантовата физика е валидна, такъв обект не би могъл да съществува; би трябвало да има физически размер, дори да е изключително малък. Тази несъвместимост трябва да бъде решена с теория на квантова гравитация . Стивън Хокинг прогнозира, че черните дупки ще излъчват много слабо излъчване (радиация на Хокинг) поради квантовите ефекти. Парадоксът на информацията за черната дупка е, че не е намерен математически строг начин за свързване на информацията, която попада в черна дупка, и информацията, вградена в радиацията на Хокинг. Предложеното решение на Хокинг го накара да обяви, че „черните дупки не съществуват“, което не е така; вярно е само в много технически смисъл, който само физиците могат да оценят. Никой не е разрешил парадокса. Очаква се Нобелови награди за всеки, който го направи.


Обектите с такива екстремни свойства обаче привличат и различни породи псевдоучени. Например, Насим Харамейн твърди, че е решил квантовата гравитация в своя „Резонансен проект“. Удобно решението се свързва и с храма на Озирис в Египет, I Ching , Кабала и житни кръгове . Както при тези хораискам дазадействайте детектори за глупости, за да спестите на експертите да се опитат да дисектират техните (ите) глупости.

Съдържание

Съществуване и формиране

Първото истинско изображение на черна дупка, заснето от телескопа „Хоризонт на събитията“.

В центъра на нашата и повечето други галактики има черни дупки, големи колкото хиляди до милиарди слънчеви маси. Те може да са били създадени от компресията, причинена от огромната централна маса на звезди взаимно привличане един към друг до земно притегляне надвишава радиация натиск. Тезисупермасивенчерните дупки са толкова гравитационно мощни, че ефектът им върху реалното движение на звездите в близката орбита около тях може да бъде открит (лесно - с подходящото оборудване).

Предполага се, че черните дупки се образуват чрез колапс на големи звездни обекти, когато гравитацията на обекта стане достатъчно по-голяма от радиационното налягане или от огромните компресивни сили вътре (експлодиращи) свръхнови.



Това беше хипотезиран че черните дупки може да са били създадени по времето на или около Голям взрив . Тези черни дупки биха могли да бъдат малки в сравнение със звездните черни дупки и много от тях вероятно вече биха се разпаднали до обикновена материя.


Според обща теория на относителността , черните дупки имат само три отличителни характеристики: маса , ъглов момент и електрически заряд. Две черни дупки с еднаква маса, ъглов момент и заряд са наистина идентични обекти. Поради тази причина някои физици предполагат, че черните дупки могат да бъдат вид елементарни частици, макар и макроскопични.

Наблюдаеми свойства

Как изглежда гравитационната леща.

Теоретично, черните дупки имат много възхитителни свойства, от които вероятно най-забележително е релативисткото изкривяване на времето и пространството. Те са почти сигурно открити чрез наблюдение на радиацията, излъчвана от потоци материя от двоични звезди, вливащи се в черна дупка при скорости, приближаващи се до светлинната скорост, и отефект на лещана светлина от по-отдалечени тела, когато тя минава в близост по пътя си към Земята . Друг метод за намиране на черни дупки е изследването на техния ефект върху орбитите на близките обекти, особено звездите.


През 2015 г. гравитационните вълни, причинени от сблъскване на две отдалечени черни дупки, бяха наблюдавани за първи път с помощта на два детектора за гравитационна обсерватория на лазерния интерферометър (LIGO), като по този начин се потвърждава съществуването на гравитационни вълни, основна прогноза за общата теория на относителността (и, тъй като тези гравитационни вълни съвпаднаха с предсказаните за сблъсък на две черни дупки, много силно доказателство за съществуването на тези небесни тела). Наблюдението е обявено през 2016 г.

През 2019 г. първото изображение на черна дупка (или по-точно това, което е известно като нейната сянка) беше заснето от телескопа за хоризонта на събитията (вижте второто изображение на тази статия)

Ненаблюдаеми свойства

Черните дупки се характеризират схоризонт на събитията. Това е въображаем сфероид около обекта, с радиус пропорционален на масата на обекта, при който комуникацията отвътреда сеотвънстава невъзможно (но вижте бележката по-долу). Много релативистки ефекти стават очевидни на това разстояние.

Разстоянието на хоризонта на събитията от центъра на черната дупка се нарича радиус на Шварцшилд (rс) и е пряко пропорционална на масата на черната дупка.rс= 2,95 километра на слънчева маса.


Хипотетични свойства

Хипотетично е възможно черните дупки да нямат „физически измерения“ - тоест обектът в хоризонта на събитията е истински квантов сингулярност: безкрайно плътна, безкрайно малка точка на масата. Към днешна дата обаче не знаем как да го тестваме.

Един отпоследенхипотези („теория на Бран“) относно основната структура на Вселена предполага, че черните дупки могат да съдържат „точки на свързване“, известни като червееви дупки между вселени, в които материята / енергията се предава от една вселена в друга. Това е чисто предположение и вероятно ще остане така. Също така имайте предвид, че ако тази идея ви накара да се надявате, че всеки въпрос, преминаващ през такава точка на свързване, ще бъде раздробен от огромните приливни сили на черната дупка, преди да може да премине и гърлото на червеевата дупка ще бъде краткотрайно, така че d в крайна сметка смачкани до субатомни размери, освен ако не сте били на филми като Дисни 'с Черната дупка .

Друго предположение е, че тъмна материя от които Вселена е съставен до голяма степен, може да се състои от много голям брой микроскопични черни дупки. Това обаче е изключено или поне те са значителна част от него.

Каква черна дупка НЕ ​​Е

Черна дупка е не :

  • Дупка (както е в еквивалента на двуизмерна (плоска) дупка в стена). Не само, че човек в космоса ще изглежда като сфера или най-много като сплетен сфероид, ако се върти достатъчно бързо, но също така, като изключим червеевите дупки, както е коментирано по-горе, той не носи никъде, задгробния живот включени. Ако черна дупка ви засмуче, вашата маса се добавя към тази на черната дупка, така че ако има задгробен живот, тогава ще отидете там по обичайния начин ... ако приемем, че душите не са засегнати от гравитацията. Това също означава, че е погрешно да се разглеждат като нещо като фуния в 2-D пространство (акреционните дискове около тях нямат нищо общо с това).
  • Напълно черно. Ако сте гледали филма „Междузвезден“ (ако не, вижте изображение тук ), или горната снимка на истинска черна дупка, можете да видите как можем да открием такава благодарение на цялата материя, попадаща в една, и гравитационната леща, която предизвиква върху каквото и да е зад нея, както и ефекта, който има нейното гравитационно поле върху по-отдалечени обекти. Дори там, където нито една от тези три техники не е приложима, човек все още може да бъде забелязан благодарение на слабото излъчване, излъчвано от материята, която се абсорбира от него (не забравяйте, че дори междузвездното пространство ене100% празно от материя). И тогава има радиация на Хокинг, дори и да е толкова слаба (и колкото по-масивна е дупката, толкова по-слаба е и следователно е по-трудна за забелязване), че през повечето време изобщо не се забелязва и, както посочва другият Wiki , наистина е много добро приближение да се каже, че черната дупка е „черна“.
  • Космическа прахосмукачка. Като изключим приливните сили и че дори светлината не може да избяга от една, черна дупка има същото гравитационно привличане на обект с подобна маса (звезда и т.н.) и единствената разлика е, че дупката е толкова малка и не излъчва никаква радиация сам по себе си, с изключение на много слаб Хокинг, би позволил на хипотетичен космически кораб да го обиколи по-близо, отколкото до звезда с подобна маса (ако приемем черна дупка със звездна маса), приливни сили настрана, достатъчно близо, за да остави споменатата орбита много трудна или откровена невъзможно поради гравитационното поле на дупката. Звезда или дори цяла галактика от тях може да обикаля около нея или обратно, без вредни ефекти (най-добрият пример: нашата много галактика ), с изключение на първия случай, ако е твърде близо, дупката ще изтегли материята от звездата (просто попитайте Cygnus X-1 ) или по-лошо.
  • Магия . Черни дупки, при всичките им странни свойства,савсе още обекти на тази Вселена, които са подложени на едни и същи закони на физиката, всички неща в последната трябва да се подчиняват, като по този начин те могат да бъдат обяснени със споменатите закони, дори тези, които имаме в момента, да се разпаднат, когато разглеждаме какво се случва в самите им центрове.

Хокинг радиация и изпаряване на черната дупка

Вижте основната статия по тази тема: Радиация на Хокинг

Физик Стивън Хоукинг теоретизира, че черните дупки бавно се отказват от масата чрез процес, наречен „радиация на Хокинг“. В своята теория Хокинг заявява (използвайки много, много просто обяснение тук), че кога двойки против частици / частици се появява в близост до хоризонта на събитията на черна дупка от вакуумна енергия , че единият от двойката ще бъде привлечен в черната дупка, докато другият ще избяга в космоса. Тъй като двойката е създадена от енергията на вакуума, те трябва да се унищожат незабавно, за да върнат енергията обратно във вакуума, за да задоволят първи закон на термодинамиката . Когато това не се случи, черната дупка изплаща тази енергия, като бавно се отказва от част от собствената си. Смята се, че чрез този процес дори най-голямата от черните дупки в крайна сметка ще изчезне (където „в крайна сметка“ се отнася до извиващи се дълги времеви мащаби, дори по космологични стандарти).

Времето, през което е необходима черна дупка, за да се изпари напълно чрез радиация на Хокинг, зависи изцяло от нейната маса:

t _ { operatorname {ev}} =  frac {5120  pi G ^ 2 M_0 ^ {3}} { hbar c ^ 4} ;

По този начин, черна дупка с една слънчева маса (2 х 10 кг) ще продължи 2 х 10 години, докато черна дупка с маса 1 грам ще продължи 8 х 10 секунди.

Важно е да се отбележи, че дори ако математиката зад нея работи, радиацията на Хокинг е теоретична концепция досега, тъй като нейното откриване едалеч отвъднастоящите ни технологични възможности.

Микро черни дупки

Хипотетично всеки процес - във всякакъв мащаб - който изстисква материята в пространство, по-малко от собствения радиус на Шварцшилд, ще създаде черна дупка. Това може да се случи, ако субатомните частици се разбият една в друга с достатъчно енергия, като по този начин се създаде микроскопична черна дупка.

Някои противници на Голям адронен колайдер (LHC) прогнозира, че ще създаде такава микро черна дупка, която ще погълне Земята и ще обрече всички нас. Те няма за какво да се притесняват. Първо, някои от космическите лъчи, бомбардиращи земната атмосфера, въздействат с повече енергия от сблъсъците в LHC и никой от тях все още не е погълнал Земята. За друга, дори и микроскопична черна дупкаНаправихвъзниквайки, той ще се изпари чрез радиация на Хокинг толкова бързо, че няма да има време да погълненищо. (Микро черна дупка с тегло 1000 протонни маси ще се изпари за ~ 10 секунди.)

При 10 K всяка частица материя се превръща в своя черна дупка и обичайното разбиране за пространството и времето е в началото.

История

Изненадващо:

Доклад, написан от преподобния Джон Мишел през 1783 г. [публикуван през 1784 г.] е открит през 70-те години. Това е първата известна дискусия на концепцията за черна дупка. Джон Мишел (1724-1793) е роден три години преди смъртта на Исак Нютон. Той става известен британски геолог и астроном и по-късно е смятан за „баща на сеизмологията“ в своето изследване на земетресенията. На него се приписва и идеята за двоичните звезди, демонстрацията на закон на обратния квадрат в магнетизма и е изобретателят на торсионния баланс, преди да подтикне експеримента, завършен по-късно от Кавендиш, за претегляне на Земята.

Въпреки това има разлика между „черната дупка“ на Мишел и модерните черни дупки. В модела на Мишел звездата все още блести, но частиците светлина се изтеглят обратно на повърхността на звездата. Това е като топка, хвърлена на повърхността на земята със скорост, по-малка от скоростта на бягство. Като цяло относителността нищо не може да премине хоризонта на събитията. Освен това в GR цялата маса е в една точка. В теорията на Мишел това не е така.