Загадки черных дыр сообщение

Обновлено: 17.06.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Исследовательская работа по астрономии

Автор: Аверкина Анна, 10 класс

Научный руководитель: Доронина Елена Анатольевна , учитель физики и астрономии

Глава 1.Теоретическая часть………………………………….………….………… 6

Как образуются черные дыры в космосе………………..……………7

Разновидности чёрных дыр……………………………………………9

Обнаружение чёрной дыры………………………………..…………12

Глава 2.Практическая часть ……………………………………………………….. 13

Список литературы и источников………………………………………………. 1 6

Тема черных дыр является одной из актуальнейших тем современной астрономии, астрофизики и космологии, так как эти объекты помогают лучше понять устройство нашей Вселенной, с момента большого взрыва по настоящий день, а также позволят понять, что будет с нашей Вселенной.

Было опрошено 30 человек. Я попросила ответить их на три вопроса, и узнала, что 80% учащихся 10 классов заинтересованы в таком явлении, как чёрные дыры и им интересно узнать о нём.

Иллюстрация 1: Диаграмма заинтересованности

Гипотеза исследования заключается в следующем:

Распространенный миф о черных дырах, который говорит, о том, что они всасывают всю материю вокруг себя, неверен. Они будут всасывать материю, которая находится на определенном расстоянии.

Цель работы состоит в том, чтобы выяснить что такое Чёрная дыра, какими свойствами она обладает, и как образуется.

Отобрать и проанализировать литературу по данной теме;

Провести опрос на выявление заинтересованности и осведомленности людей в науке (в частности, в явлении черных дыр) ;

Найти ответ на вопрос: что такое чёрная дыра, её свойства, как образуется и её виды;

Познакомиться с возникновением, формированием, видами черных дыр;

Объект исследования: Черные дыры как астрофизический объект и элемент научной фантастики.

Предмет исследования: эволюция и природа черных дыр.

Методы исследования:

Анализ различных источников литературы

Систематизация и обобщение данных

1.Теоретическая часть

Однако попытки объяснить это загадочное явление были сделаны давно, около 200 лет назад.

Исаак Ньютон, считал, что свет состоит из частиц. Значит, он обладает массой и на него действует гравитация.

Исходя из этого, английский астроном Джон Мичелл предположил, что в природе могут существовать столь массивные звезды, что даже луч света не способен покинуть их поверхность.

Великий ученый Альберт Эйнштейн теоретически доказал возможность существования черных дыр.

Где находятся черные дыры?

Самый первый вопрос, который волнует людей в проблеме чёрных дыр, это стремление узнать, где вообще находятся чёрные дыры. В действительности чёрные дыры разбросаны по всей Вселенной. Чёрная дыра может образоваться в любом месте, в том числе и рядом с Солнечной системой.

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница черной дыры называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом.

1.2. Как образуются черные дыры в космосе.

В конце жизни звезда может начать сжиматься к центру за счет потери внутреннего давления. При этом перейдя определенную границу - радиус Шварцшильда, ее плотность станет настолько велика, что она продолжит сжатие и его уже ничего не сможет остановить. В результате получается объект с огромной массой и плотностью т. е. черная дыра. Называется "черной", т. к. вторая космическая скорость у поверхности превышает скорость света.

Черные дыры могут образовываться в результате астрофизических процессов, когда у звезд с массой, на порядок превышающей массу Солнца, кончается термоядерное топливо, и они обрушиваются внутрь себя под действием гравитационных сил. Имеется достаточно данных наблюдений, свидетельствующих о реальности существования таких черных дыр во Вселенной

С астрофизической точки зрения, обнаруженные черные дыры подразделяются на две категории:

П ервый тип- это черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд и обладающие соответствующей массой. Поскольку черные дыры кажутся нам реально черными, наблюдать их крайне сложно. Если посчастливится, мы можем увидеть лишь шлейф газа, затягиваемого в черную дыру. Разгоняясь при падении, газ разогревается и испускает характерное излучение, которое мы только и можем обнаружить. Источником газа при этом является другая звезда, образующая парную систему с черной дырой и обращающаяся вместе с ней вокруг центра масс двойной звездной системы. Иными словами, сначала мы имели обычную двойную звезду, затем одна из звезд в результате гравитационного коллапса превратилась в черную дыру. После этого черная дыра начинает засасывать газ с поверхности горячей звезды.

второй тип - это гораздо более массивные черные дыры в центрах галактик. Их масса превышает массу Солнца в миллиарды раз. Опять же, падая на такие черные дыры, вещество разогревается и испускает характерное излучение, которое со временем доходит до Земли, его-то мы и можем обнаружить. Предполагается, что все крупные галактики, включая нашу, имеют в центре свою черную дыру.

Согласно теории Эйнштейна черная дыра представляет собой бездонный провал в пространстве-времени, падение в который необратимо. Что упало, то пропало в черной дыре навеки.

Рис. 4 –Гравитационные воронки (искривление пространства-времени)

1.3.Разновидности Чёрных дыр.

Современная астрофизика рассматривает четыре типа черных дыр во Вселенной : звездные , сверхмассивные , первичные и квантовые .

Звездные черные дыры

Это черные дыры со звездными массами. Они возникают как результат жизни массивных звезд. Отметим, что черные дыры образуются только из звезд, масса которых превышает массу Солнца в 20-40 раз.

Сверхмассивные черные дыры

Предпологают, что такие черные дыры находятся в центрах галактик. Их масса может составлять до 10 в девятой степени масс Солнца. Эти выводы сделаны на основании анализа движения звезд около центров галактик.

Существует также гипотеза, согласно которой сверхмассивные черные дырынаходятся в центрах квазаров – малоизученных и самых далеких из тех космических объектов, которые можно наблюдать с Земли. Квазары представляют собой ядра галактик и в своем центре имеют черную дыру.

Квазары обладают невероятно сильной светимостью и небольшими размерами, их можно наблюдать на расстоянии в 10 млрд световых лет. Эти объекты выделяют огромную энергию во всех областях спектра электромагнитных волн, а особенно — в инфракрасной области.

Первичные или реликтовые черные дыры

Самые маленькие черные дыры, образование которых происходило на ранних стадиях развития Вселенной. Появившиеся вследствие неоднородности Большого Взрыва сгустки вещества могли сжиматься до состояния черных дыр, пока остальная часть вещества расширялась.

Черная дыра — это не всегда что-то очень большое и тяжелое. Ученые предполагают, что размер некоторых первичных черных дыр может быть значительно меньше размера протона.

Квантовые чёрные дыры

Предполагается, что в результате ядерных реакций могут возникать устойчивые микроскопические чёрные дыры, так называемые квантовые чёрные дыры. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации. Однако из общих соображений весьма вероятно, что спектр масс чёрных дыр дискретен и существует минимальная чёрная дыра — планковская чёрная дыра.

Даже если квантовые чёрные дыры существуют, время их существования крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень проблематичным.

1.4.Свойства чёрных дыр

У черных дыр очень интересные свойства. После коллапса звезды в черную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. То есть, черные дыры представляют собой универсальные объекты, то есть, их свойства не зависят от свойств вещества, из которого они образованы. При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства черной дыры будут одними и теми же. То есть, черные дыры подчиняются только законам теории гравитации - и никаким иным.

1.5.Обнаружение чёрной дыры

Рис. 5 – Искажение изображения галактики, проходящей перед черной дырой

На самом деле, большинство астрономов теперь считают, что супер массивная черная дыра может существовать в центре нашей галактики Млечный Путь (рис. 6 ). Означает ли это, что она в конечном итоге все поглотит? На самом деле, нет. Черная дыра имеет ту же массу, что и оригинальные звезды, потому как была сформирована из них. Пока ничего не предвещает слишком близкого приближения к горизонту событий, так что это безопасно. Вполне вероятно, что миллиарды звезд в нашей галактике будет продолжать орбиту вокруг этой гигантской черной дыры миллиарды лет вперед. Доказательства этой и других черных дыр может быть подтверждены с помощью функции поиска для рентгеновских лучей. Астрономы полагают, что черные дыры излучают их в большом количестве.

Глава 2.Практическая часть.

Для подробного изучения аудитории и ее заинтересованности в данном явлении я решила провести опрос среди одноклассников. Я попросила 30 человек ответить на три вопроса, и получила следующие данные:

Вопрос 1: Интересуетесь ли Вы космосом (смотрите телепередачи, читаете книги или статьи)?

а) да, данная тема мне интересна;

б) нет, мне это не нравится;

Вопрос 3 : Хотели бы Вы узнать про самые загадочные объекты во Вселенной – черные дыры?

На основании проведенного исследования мною были сделаны следующие выводы:

только небольшому числу десятиклассников был не знаком вышеуказанный термин;

Таким образом, мои исследования и моя научная работа дают возможность убедиться в ее актуальности. И главное, у меня не осталось сомнений, что людям , в частности подросткам возраста 16 — 17 лет, интересно узнавать про странные и загадочные объекты в космосе, например, такие, как черные дыры.

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что черная дыра - это тот объект Вселенной, который окончательно еще не изучен. Черные дыры, несомненно, самые загадочные объекты в космосе. Их причудливые свойства могут бросить вызов законам физики Вселенной и даже природе существующей действительности. Черные дыры образуются из ядер супер массивных звезд, которые можно охарактеризовать как область пространства, где огромная масса сосредоточена в пустоте, и ничего, даже свет не может там избежать гравитационного притяжения. Эта та область пространства, где вторая космическая скорость превышает скорость света. И чем массивнее объект движения, тем быстрее он должен двигаться, чтобы избавиться от силы своей тяжести.

Список использованной литературы

Bernard J. Carr and Steven B. Giddings: Quantum Black Holes May. – Scientific American, 2005.

S. Hawking. Black holes and baby universes. – New York: Bantam books, 1994.

Наука. Величайшие теории. Ньютон, закон всемирного тяготения. – Москва: Де Агостини, 2015.

Наука. Величайшие теории. Эйнштейн, теория относительности. – Москва: Де Агостини, 2015.

Черные дыры – это таинственные космические объекты, невероятные свойства которых будоражат умы человечества долгие годы. Само существование черных дыр так долго было гипотезой, что многие ученые всерьез сомневались в их существовании. Несмотря на то, что во вселенной было найдено множество этих объектов, черные дыры до сих пор до конца не изучены и таят в себе множество загадок. В этой статье я расскажу вам загадках черных дыр. С вами канал “Все обо всем” .

Черная дыра – это объект, который невозможно наблюдать прямыми методами, как другие тела во вселенной, но факт его существования не вызывает сомнений. Ученые с каждым годом получают новые данные о черных дырах и благодаря их исследованиям, мы уверенны в существовании этих сложных космических объектов.

Что же собой представляют черные дыры?

Теоретически это область космического пространства с невероятно огромной силой притяжения из-за ее массы, при этом она абсолютно невидимая. Черную дыру можно сравнить с пылесосом, имеющим тягу космических масштабов. Он всасывает все, что попадает на границу космического пространства и самой черной дыры, это называется горизонтом событий. Не способен устоять перед притяжением черной дыры даже фотон, который является самой быстрой частицей во вселенной. Пространственно-временной континуум возле черной дыры настолько искривлен, что приобретает иные свойства . Единственное, что позволяет видеть черные дыры в бесконечной вселенной, это особые эффекты гравитационных линз и аккреционных дисков .

Существует несколько гипотез, объясняющих появление черных дыр:

Первая гипотеза предполагает образование черной дыры путем коллапса тела, масса которого не менее трех солнц. Эту теорию можно просто объяснить с физической точки зрения. Вещество, основывающее тело, например, звезду начинает резко уменьшаться в размере, когда топливо для термоядерных реакций заканчивается. Коллапс или сжатие данного тела будет продолжаться, если давление газа ничем не будет компенсировано до тех пор, пока это тело не превратится в черную дыру .
Некоторые ученые считают, что черные дыры появились сразу после большого взрыва и возникли они из пустоты .
Следующая теория говорит о том, что находящийся газ в центах галактик способен сжаться так, что его сжатие способно привести к образованию черной дыры .

Что находится внутри черной дыры?

Один из типов черных дыр предполагает, что внутри нее находится гравитационная сингулярность . Гравитационной сингулярностью называется точка в пространстве-времени, кривизна которой стремится к бесконечности . Другой тип черных дыр подразумевает, что помимо обязательной сингулярности в них находится электрический заряд .

Можно сказать, что внутри черных дыр находится то, что было ей когда-то поглощено, поэтому она скорее всего состоит из нейтронов, образовавшихся при колоссальном сжатии. Масса черной дыры изначальна равна массе объекта, породившего ее, например, самая тяжелая черная дыра , которую удалось обнаружить весит примерно 21 миллиард солнц.

Плотность же этих объектов ставит тупик обывателей, поскольку чем меньше масса черной дыры, тем выше ее плотность, из этого следует, что наиболее тугими являются черные дыры планковских размеров. Плотность у объектов таких размеров может доходить до 1094 килограммов на метр кубический. Для сравнения 10 в 15 степени = 1 квадриллион.

Предназначение черных дыр.

Ученым пока не знают истинных причин возникновения черных дыр, как и предназначения их в нашей вселенной. Самым реалистичным сценарием является теория, что черные дыры являются порталом или генератором альтернативных вселенных. Подробнее о параллельных мирах , я рассказал в своей статье “Параллельные вселенные и как они создаются” .

Считается, что сингулярностью возможно управлять за пределами нашей вселенной, то есть из другой вселенной , находящейся по ту сторону черной дыры. Выходом же из черной дыры является ее противоположность – белая дыра, но пока эта аномалия существует лишь в теории.

Другая теория о предназначении черных дыр говорит о том, что они являются станциями по производству энергии и преобразованию атомов в субатомные частицы.

Слияние черных дыр.

Существуют двойные черные дыры, которые вращаются вокруг общего центра масс, постепенно сближаясь. В конечном итоге две черные дыры образуют новый объект , легче суммы масс двух слившихся черных дыр. Так же черные дыры могут образовываться во время столкновения двух галактик , ядра которых – сверхмассивные черные дыры. Энергия, освобождающаяся при столкновении будет невероятно высокой, сравнимая со взрывом миллиарда сверхновых . В основном эта энергия излучается в виде гравитационных волн, которые идут до земли миллиарды лет, а значит, их энергия сильно уменьшается.

Творцы

Черные дыра создают новые вселенные. Скорее всего. Такую теорию активно продвигают физики в последний год, а первым эту странную идею высказал Стивен Хокинг. Дело в том, что сингулярность черных дыр нарушает существующие физические законы, а значит их деятельность регулируется в других вселенных. Тех, которые сами дыры и порождают.

Исчезновение

Ученые не могут понять, как именно пропадают черные дыры. Тот же Хокинг еще в 1974 году выяснил, что со временем черная дыра пропадает в окружающем пространстве — но куда она девается никто не понимает.

Замедление времени

Еще одна необъяснимая особенность этих странных космических образований заключается в их способности замедления течения самого времени. Теоретически, у самого горизонта событий черной дыры время для космонавта будет двигаться так быстро, что он может переместиться в будущее.

Контроль населения

Формирование звезды происходит, когда остывает газовое облако. Но излучение черной дыры не дает облакам остывать и тем самым регулирует количество существующих во вселенной звезд. Физики считают, что в этом и может быть практическое назначение черных дыр.

Они громкие

Источник энергии

Самые смелые физики утверждают, что когда-нибудь человечество научится использовать черные дыры в качестве неиссякаемого источника энергии. Преобразование атомов в субатомные частицы и в самом деле выделяет в пятьдесят раз больше энергии, чем известный нам ядерный синтез.

Игра в бисер

Наш мир немного напоминает конструкторы Lego: все в нем создано из одних и тех же деталей — атомов. Но без черных дыр, которые буквально разбирают материю на составные части, не было бы и субатомных элементов, из которых рождаются звезды. По сути, черная дыра — господь бог в интерпретации физиков.

Тайны космоса: черные дыры

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Вселенная - это бесконечное пространство, окружающее бесчисленное количество небесных тел. Небесными телами называют звёзды, кометы, астероиды, планеты и многие другие объекты, сформировавшиеся в космосе. Вселенная содержит миллиарды таких небесных тел, как галактики, туманности, чёрные дыры. Земля и все её обитатели также являются частью Вселенной. Космос - это всё пространство Вселенной, находящееся за пределами границ нижних уровней атмосфер небесных тел. Космос начинается на высоте около 100 километров от поверхности нашей планеты, то есть там, где её воздушная оболочка становится столь разреженной, что самолёты не могут в ней передвигаться.

Одним из самых интересных и малоизученных явлений космоса являются черные дыры. Внутри чёрной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы.

Цель проекта:

Узнать, что такое чёрные дыры, как они образуются и каких видов они бывают.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи :

прочитать и проанализировать научную литературу о космосе и черных дырах;

просмотреть научные фильмы о чёрных дырах;

изучить строение черной дыры и природу ее образования.

Для решения этих задач мы использовали следующие методы:

теоретический анализ информации (подбор материалов научной литературы);

обобщение и систематизация полученных результатов исследования;

практические формы работы (поисковая - сбор информации, создание презентации, подготовка сценария и проведение мероприятия о загадках космоса в классе).

Актуальность проекта:

История обнаружения черных дыр.

Попытки объяснить феномен черных дыр (еще не зная об их существовании) были сделаны давно, более двух веков назад.Например, Исаак Ньютон считал, что свет состоит из частиц, следовательно, он обладает массой, а значит, на него действует гравитация. Следуя таким выводам, английский астроном Джон Митчелл и французский астроном, физик и математик Пьер-Симон Лаплас рассмотрели ситуацию, когда луч света в принципе не может покинуть поверхность звезды. Построения ученых были довольно просты и полностью основывались на выдающемся достижении человеческого разума – ньютоновской теории всемирного тяготения. По их расчетам, если наше Солнце взять и сжать до радиуса в 3 километра, образуется настолько огромная сила гравитации, что даже свет не сможет ее покинуть.

Впервые теоретическое существование черных дыр доказал в 1915 году Альберт Эйнштейн когда сформировал общую теорию относительности.

В 1932 году гениальный физик из СССР Лев Ландау предположил, что при коллапсе сверхмассивная звезда сжимается в точку с бесконечно малым радиусом и бесконечной массой. Также физик предположил, что согласно теории относительности, гравитация в такой точке будет столь велика, что начнет искажать пространство-время.

Что такое черные дыры и как они образуются.

Черная дыра – это область в пространсве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и лучи света. А поскольку быстрее света ничего нет, все остальное тоже туда затягивается. Так что можно провалиться в черную дыру и никогда больше оттуда не выбраться. Всегда считалось, что черная дыра – это как вечная темница, из которой нет спасения. Упасть в черную дыру – все равно, что в Ниагарский водопад: невозможно выкарабкаться наружу тем же путем.

Как правило, черную дыру делят на следующие составляющие: фотонная сфера, горизонт событий и сингулярность.

Фотонная сфера – это сферическая поверхность нулевой толщины, на которой движущиеся вдоль касательной к поверхности фотоны будут захвачены на круговые орбиты. Если проходящий фотон пересекает фотонную сферу, его захватит черная дыра. Однако, движение по поверхности нестабильно, и в результате возмущений фотон может покинуть фотонную сферу.

Горизонт событий является неотъемлемой частью черной дыры. По сути, горизонт событий – это граница, под которой пространство-время искривляется настолько, что все пути частиц направлены вниз, к сингулярности. При приближении объекта к горизонту событий сторонний наблюдатель будет видеть его замедление с практически полной остановкой и исчезновением. Это происходит из-за разницы течения времени у наблюдателя и объекта, падающего в черную дыру. У наблюдателя время бежит быстрее. У объекта же все процессы замедляются, испускаемые фотоны перестают вырываться наружу, из-за чего свет тускнеет, становясь более красным и тусклым, и через некоторое время весь испускаемый объектом свет будет поглощен черной дырой. Объект исчезнет из поля зрения наблюдателя. Эта граница как край водопада: если ты находишься за ним и очень быстро гребешь веслом, у тебя есть шанс спастись, но если ты упал за край – ты обречён. Чем больше всяких предметов попадает в черную дыру, тем больше она становиться, и тем сильнее раздвигается горизонт. Это как с поросёнком – чем больше его кормишь, тем толще он становиться.

Сингулярность – точка пространства с бесконечной массой, плотностью и гравитацией. Тяжело представить себе это, но в данном случае вся масса черной дыры сосредоточена в нулевом объеме! Фактически в этой области не действуют никакие известные нам законы физики.

Ученые выделяют несколько возможных вариантов образования черных дыр. Черные дыры могут образовываться в результате сжатия гигантских нейтронных звезд массой более чем в 3 раза превышающей массу Солнца под действием собственной силы тяготения. При сжатии их гравитационное поле уплотняется все сильнее и сильнее. Наконец звезда сжимается до такой степени, что свет уже не может преодолеть ее притяжения. Т.е. когда звезда, в которой истощился запас топлива, взрывается как водородная бомба. Верхние слои звезды разлетаются, образуя газовую оболочку, а сердцевина сжимается, и на месте сердцевины возникает черная дыра.

Если в наше время необходимая плотность вещества для рождения чёрной дыры, может возникнуть лишь в сжимающихся ядрах погибающих звезд, то на рассвете Вселенной, сразу после Большого взрыва, высокая плотность материи была повсеместно. Поэтому небольшие изменения плотности могли приводить к формированию черных дыр любой массы. Самые маленькие из них в силу квантовых эффектов должны были испариться. Самые первые чёрные дыры с огромной массой могли сохраниться до наших дней. Самые мелкие из них, с массой как у небольшого астероида, должны иметь размер, сопоставимый с размерами элементарных частиц (протона или нейтрона).

Виды черных дыр и их свойства.

Сейчас одно из важнейших направлений физики — исследование черных дыр, поскольку вблизи них проявляются скрытые свойства гравитации. Астрономы недавно выяснили, что черные дыры можно разделить на несколько разновидностей. Есть вращающиеся чёрные дыры, черные дыры с электрическим зарядом и чёрные дыры, включающие черты первых двух.

Виды черных дыр:

Черные дыры звездных масс. Это черные дыры, образованные в результате коллапса достаточно массивной звезды. Как правило, масса такой звезды должна составлять в среднем 5 солнечных масс. Со временем такая черная дыра может набрать массу за счет поглощения вещества.

Среднемассивные чёрные дыры. Предполагается, что такие дыры образуются исключительно путем слияния многих черных дыр звездных масс. Масса таких черных дыр может достигать нескольких тысяч солнечных масс. Есть и нижний предел – 200 солнечных масс.

Сверхмассивные чёрные дыры. Огромные черные дыры с массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Как правило, такие дыры находятся в центрах практически всех галактик.

В рамках наиболее популярной теории гравитации Эйнштейна свойства черных дыр изучены весьма подробно. Наиболее любопытные особенности черных дыр таковы:

Черные дыры искривляют пространство рядом с собой. Пространство можно представить себе как растянутую резиновую пластинку с нарисованными на ней линиями. Если на пластинку положить какой-нибудь объект, она изменит свою форму. Так же работают и черные дыры. Их экстремальная масса притягивает к себе все, включая свет (лучи которого, продолжая аналогию, можно было бы назвать линиями на пластинке)

Черные дыры являются самыми совершенными энергетическими установками. Черные дыры генерируют энергию лучше, чем Солнце и другие звезды. Это связано с материей, вращающейся вокруг них. Преодолевая горизонт событий на огромной скорости, материя на орбите черной дыры разогревается до крайне высоких температур. Это называется излучением абсолютно черного тела. Преобразование массы в энергию этим путем в 50 раз более эффективно, чем ядерный синтез.

Сверхмассивные черные дыры

В сердце каждой галактики располагается невидимый объект огромных размеров, искажающий орбиты звезд. Этим объектом оказалась сверхмассивная черная дыра или квазар ( ослепительный луч энергии, протяженность которого составляет несколько миллиардов километров) . Это объясняется тем, что в центральных частях галактик скопление звезд наибольшее, результат их слияния и приводит к гигантским массам черных дыр, и выходит, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики - это не странность, а закономерность.

Сверхмассивная черная дыра фактически ядро галактики, у которого есть сверхмощное гравитационное поле, существующее за счет своей массы (миллионы или миллиарды масс Солнца). Принцип формирования сверхмассивных черных дыр пока установить не удалось. Согласно одной версии, причиной такого коллапса служат слишком сжатые газовые облака, газ в которых предельно разряжен, а температура невероятно высока. Вторая версия – это приращение масс различных малых черных дыр, звезд и облаков к единому гравитационному центру.

Одним из самых объемных и старых объектов в космосе является сверхмассивная черная дыра в квазаре OJ 287. Это мощный источник электромагнитного излучения в ядре галактики расположенной в созвездии Рака, которая очень плохо видна с Земли. В ее основе лежит двойная система черных дыр, следовательно, имеется два горизонта событий и две точки сингулярности.

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути не входит в разряд самых мощных. Дело в том, что наша галактика имеет спиралевидную структуру, что, в свою очередь, заставляет всех ее участников находиться в постоянном и достаточно быстром движении. Таким образом, гравитационные силы, которые могли бы быть сосредоточены исключительно в центре, как бы рассеиваются, и от края к ядру увеличиваются равномерно.

Первичные черные дыры

Первичные черные дыры в настоящее время носят статус гипотезы. Они стали предметом значительного интереса с тех пор как Стивином Хокингом было открыто квантовое испарение черных дыр малой массы, поскольку только первичные черные дыры могут обладать такими малыми массами.

Первичные черные дыры – гипотетические космические объекты, которые могли образоваться на ранней стадии эволюции Вселенной, в эпоху доминирования излучения над веществом, называемой Горячей Вселенной. В этот момент давление и температура Вселенной были крайне высокими, поэтому первичные черные дыры могли иметь как очень большие, так и очень маленькие массы. В первом случае они могут стать семенами для сверхмассивных черных дыр. Во втором случае, они подходят на роль темной материи.

Квантовые черные дыры.

Предполагается, что в результате ядерных реакций могут возникать устойчивые микроскопические чёрные дыры, так называемые микродыры или квантовые чёрные дыры. Но даже если квантовые чёрные дыры существуют, время их существования крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень проблематичным.

Когда размышляют о чёрных дырах, обычно представляют себе массивных монстров, способных целиком заглатывать космические корабли или даже звёзды. Однако дыры, которые могли бы рождаться на самых мощных ускорителях, например, на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе под Женевой являются дальними родственниками подобных астрофизических бегемотов. Это микроскопические дыры, сравнимые по размерам с элементарными частицами. Они не будут разрывать на куски звёзды, управлять галактиками или представлять угрозу нашей планете. Но в определённом смысле свойства этих дыр будут ещё более интригующими: благодаря квантовым эффектам они будут быстро испаряться вскоре после образования, заставляя детекторы частиц светиться, как рождественские ёлки.

Именно квантовые черные дыры инструмент в разложении элементарной материи на элементарные частицы, а после превращения частиц в энергию. Любому объекту столкнувшимся с черной дырой, предстоит разложиться на элементарные частицы. И это произойдет с любой элементарной материей, как под воздействием квантовых генераторов сфокусированных в одной точке, и при достижении неограниченной мощности, так и от воздействия квантовых черных дыр. Насколько ближе подходит объект к черной дыре, настолько плотно соприкасается со сверхмагнитным веществом, что разделяется на атомы от воздействия излучения квантовых черных дыр и их квантовой гравитации.

Понимание того, что чёрные дыры могут быть маленькими, подтолкнуло Стивена Хокинга к рассмотрению того, какие квантовые эффекты могут в этом случае проявиться. В 1974 г. он пришёл к знаменитому выводу, что чёрные дыры способны не только заглатывать частицы, но и выплёвывать их. Хокинг предсказал, что дыра испускает тепловое излучение, как нагретая печка, причём температура обратно пропорциональна массе дыры.

Поэтому такие дыры могут дать в руки исследователей ключ к пониманию того, как объединено пространство и время, существуют ли дополнительные невидимые пространственные измерения.

Обнаружение черных дыр.

Проблем в исследовании и наблюдении за черными дырами довольно много, однако главная трудность состоит в их обнаружении. Свет не может преодолеть их гравитацию, а это значит, что объект с такой колоссальной массой остается невидим! Так что даже если бы самый мощный телескоп современности "Хаббл" "увидел" сверхмассивную черную дыру, понять, что она действительно там есть, сможет только астрофизик.

Теория звездной эволюции указывает, что за 12 млрд. лет существования нашей Галактики, содержащей порядка 100 млрд. звезд, в результате коллапса наиболее массивных из них должно было образоваться несколько десятков миллионов черных дыр. В настоящее время в зоне видимости наблюдается около 200 объектов – кандидатов в черные дыры, но нет пока ни одного объекта, в отношение которого можно утверждать, что это черная дыра.

Черная дыра как физический объект обладает очень многими интересными и необычными свойствами, но подавляющее большинство этих свойств проявляются в непосредственной близости или даже за горизонтом событий. Для удаленного наблюдателя они недоступны и в качестве признаков обнаружения не представляют интереса.

Ищут черные дыры по косвенным признакам, т.е. по искажению нормальных характеристик ближайших объектов, например, среди двойных звезд, одна из которых – черная дыра. Есть и другие признаки, основанные на проявлении именно необычных свойств черных дыр, и представляют значительные трудность для обнаружения.

Рассмотрим методы, которые астрономы используют для обнаружения черных дыр.

Черную дыру можно зарегистрировать в том случае, когда она притягивает окружающую ее материю, будь то звездное вещество соседней звезды или газовое облако, через которое движется черная дыра. В таком случае видимое вещество начнет стягиваться к массивному объекту, образую вокруг него аккреционный диск. То есть диск быстровращающейся разогретой материи. В некоторых случаях вращающаяся вокруг черной дыры материя может плотно перекрывать черную дыру, тем самым визуально образуя огромную светящуюся сферу.

Метод гравитационного возмущения позволяет определить наличие черной дыры по ее гравитационному влиянию на окружающие тела. К примеру, если траектория движения планеты вокруг некоторой звезды не согласуется с теоретическими подсчетами орбиты этой планеты, а имеет некоторое искажение, можно предположить о наличии массивного объекта вблизи планеты, который влияет на ее траекторию. Данный частный случай упрощен, так как подобные ситуации позволяют обнаружить менее массивные объекты, вроде других планет. Черные дыры же могут искажать траекторию огромных облаков газа.

Одно из явлений, которое также позволяет обнаружить черную дыру – гравитационное линзирование. Свет, проходящий около границ черной дыры, несколько изменяет свою траекторию, создавая таким образом размытую или искаженную картинку, а иногда даже продублированное изображение космических тел. Таким образом, черная дыра, расположенная на фоне какого-либо скопления, вроде галактики или туманности, дает аномальное изображение этого скопления, что привлекает астрономов и дает повод начать поиски черной дыры в этой области небосвода.

При этом можно выделить несколько интересных и необычных особенностей природы черных дыр:

Общее количество черных дыр во Вселенной подсчитать невозможно. Предполагается, что в центре каждой галактики находится черная дыра, удерживающая всю эту галактику. Это сверхмассивные черные дыры, то есть их масса составляет миллионы, иногда миллиарды масс Солнца, а в некоторых случаях даже больше

Теоретически, черной дырой может стать все, что угодно, при достаточной степени сжатия. Чем плотнее объект, тем более сильное гравитационное поле он создает. Например, Земля стала бы черной дырой, если бы ее массой обладал объект величиной с арахис.

Читайте также: