Každý, kdo se seznámí s astronomií, dříve nebo později zažije silnou zvědavost na nejzáhadnější objekty vesmíru - černé díry. Jsou to skuteční páni temnoty, kteří jsou schopni „spolknout“ jakýkoli atom procházející poblíž a nedovolit uniknout ani světlu – jejich přitažlivost je tak silná. Tyto objekty představují skutečnou výzvu pro fyziky a astronomy. Ti první ještě nemohou pochopit, co se děje s hmotou, která spadla do černé díry, a ti druzí, přestože vysvětlují nejnáročnější jevy ve vesmíru existencí černých děr, nikdy neměli příležitost žádnou z nich pozorovat. přímo. Řekneme vám o těchto zajímavých nebeských objektech, zjistíme, co již bylo objeveno a co se ještě musíme naučit, abychom poodhalili roušku tajemství.
Název „black hole“ (v angličtině - black hole) navrhl v roce 1967 americký teoretický fyzik John Archibald Wheeler (viz foto vlevo). Sloužilo k označení nebeského tělesa, jehož přitažlivost je tak silná, že se ani světlo samo nepustí. Proto je „černý“, protože nevyzařuje světlo.
Nepřímá pozorování
To je důvod takové záhady: protože černé díry nezáří, nemůžeme je přímo vidět a jsme nuceni je hledat a studovat pouze pomocí nepřímých důkazů, které jejich existence zanechává v okolním prostoru. Jinými slovy, pokud černá díra pohltí hvězdu, černou díru nevidíme, ale můžeme pozorovat ničivé účinky jejích mocných gravitační pole.
Laplaceova intuice
Přestože výraz „černá díra“ pro označení hypotetické konečné fáze vývoje hvězdy, která se do sebe zhroutila vlivem gravitace, je relativně nedávný, myšlenka na možnost existence takových těles vznikla u více než dvou před staletími. Angličan John Michell a Francouz Pierre-Simon de Laplace nezávisle na sobě předpokládali existenci „neviditelných hvězd“; přitom vycházely z obvyklých zákonů dynamiky a zákona univerzální gravitace Newton. Černé díry dnes došly svého správný popis na základě Einsteinovy obecné teorie relativity.
Ve svém díle „Exposition of the World System“ (1796) Laplace napsal: „ jasná hvězda stejná hustota jako Země, s průměrem 250krát větším než průměr Slunce, by díky své gravitační přitažlivosti bránila světelným paprskům, aby se k nám dostaly. Proto je možné, že největší a nejjasnější nebeská tělesa jsou z tohoto důvodu neviditelná.“
Nepřemožitelná gravitace
Laplaceova myšlenka byla založena na konceptu únikové rychlosti (druhé kosmické rychlosti). Černá díra je tak hustý objekt, že její přitažlivost dokáže zadržet i světlo, které vyvine nejvyšší rychlost v přírodě (téměř 300 000 km/s). V praxi únik z černé díry vyžaduje rychlost vyšší než rychlost světla, ale to je nemožné!
To znamená, že hvězda tohoto druhu bude neviditelná, protože ani světlo nebude schopno překonat její silnou gravitaci. Einstein vysvětlil tuto skutečnost prostřednictvím jevu ohybu světla pod vlivem gravitačního pole. Ve skutečnosti je v blízkosti černé díry časoprostor tak zakřivený, že se trajektorie světelných paprsků také uzavírají samy do sebe. Abychom ze Slunce udělali černou díru, budeme muset veškerou jeho hmotu soustředit do koule o poloměru 3 km a Země se bude muset proměnit v kouli o poloměru 9 mm!
Zhruba před deseti lety pozorování naznačovala existenci dvou typů černých děr: hvězdné, jejichž hmotnost je srovnatelná s hmotností Slunce nebo ji mírně převyšuje, a supermasivní, jejichž hmotnost se pohybuje od několika set tisíc do mnoha milionů hmotností Slunce. . Relativně nedávno však rentgenové snímky a spektra s vysokým rozlišením získaná z umělých družic, jako jsou Chandra a XMM-Newton, přinesly do popředí třetí typ černé díry – s průměrnou hmotností tisíckrát převyšující hmotnost Slunce. .
Hvězdné černé díry se staly známými dříve než ostatní. Vznikají, když velká hmotná hvězda na konci svého života evoluční cesta vyčerpá své zásoby jaderného paliva a vlivem vlastní gravitace se zhroutí do sebe. Exploze, která otřese hvězdou (jev známý jako „výbuch supernovy“), má katastrofální následky: pokud je jádro hvězdy více než 10krát větší než hmotnost Slunce, žádná jaderná síla nemůže odolat gravitačnímu kolapsu, který povede ke stvoření. černé díry.
Supermasivní černé díry, poprvé zaznamenané v jádrech některých aktivních galaxií, mají jiný původ. Existuje několik hypotéz o jejich zrodu: hvězdná černá díra, která v průběhu milionů let pohltí všechny hvězdy kolem sebe; shluk černých děr splývajících dohromady; kolosální mrak plynu, který se zhroutil přímo do černé díry. Tyto černé díry patří mezi energeticky nejaktivnější objekty ve vesmíru. Jsou umístěny v centrech mnoha, ne-li všech, galaxií. Naše Galaxie má také takovou černou díru. Někdy se díky přítomnosti takové černé díry jádra těchto galaxií velmi rozjasní. Galaxie s černými dírami ve středu, obklopené velký počet padající hmota a tudíž schopné produkovat kolosální množství energie se nazývají „aktivní“ a jejich jádra se nazývají „aktivní galaktická jádra“ (AGN). Například kvasary (nejvzdálenější vesmírné objekty od nás, které jsou dostupné našemu pozorování) jsou aktivní galaxie, ve kterých vidíme pouze velmi jasné jádro.
Střední a mini
Další záhadou zůstávají středně hmotné černé díry, které se podle nedávného výzkumu mohou nacházet ve středu některých kulových hvězdokup, jako je M13 a NCC 6388. Mnoho astronomů je k těmto objektům skeptických, ale některé nové výzkumy naznačují přítomnost černé díry střední velikosti i v blízkosti středu naší Galaxie. Anglický fyzik Stephen Hawking také předložil teoretický předpoklad o existenci čtvrtého typu černé díry - „minidíry“ o hmotnosti pouhé miliardy tun (což je přibližně stejné jako hmotnost velké hory). Jde o to o primární objekty, tedy ty, které se objevily v prvních okamžicích života Vesmíru, kdy byl tlak ještě velmi vysoký. Dosud však nebyla objevena jediná stopa po jejich existenci.
Jen před několika lety se nad černými dírami rozsvítilo světlo. Díky neustále se zdokonalujícím přístrojům a technologiím (jak pozemním, tak vesmírným) jsou tyto objekty stále méně záhadné; přesněji řečeno, prostor, který je obklopuje, se stává méně tajemným. Ve skutečnosti, protože samotná černá díra je neviditelná, můžeme ji rozpoznat pouze tehdy, je-li obklopena dostatkem hmoty (hvězd a horkého plynu), která kolem ní obíhá v krátké vzdálenosti.
Sledování binárních systémů
Některé hvězdné černé díry byly objeveny pozorováním orbitálního pohybu hvězdy kolem neviditelného společníka v binárním systému. Blízké binární systémy (tj. sestávající ze dvou hvězd velmi blízko u sebe), ve kterých je jeden ze společníků neviditelný, jsou oblíbeným objektem pozorování astrofyziků hledajících černé díry.
Indikací přítomnosti černé díry (nebo neutronové hvězdy) je silná emise rentgenového záření způsobená složitým mechanismem, který lze schematicky popsat následovně. Díky své silné gravitaci může černá díra vytrhnout hmotu ze své doprovodné hvězdy; tento plyn se šíří do plochého disku a spirálovitě klesá do černé díry. Tření způsobené srážkami mezi částicemi padajícího plynu zahřívá vnitřní vrstvy disku na několik milionů stupňů, což způsobuje silné rentgenové záření.
Rentgenová pozorování
Rentgenová pozorování objektů v naší Galaxii a sousedních galaxiích, prováděná po několik desetiletí, umožnila detekovat kompaktní binární zdroje, z nichž asi tucet jsou systémy obsahující kandidáty na černé díry. Hlavním problémem je určení hmotnosti neviditelného nebeského tělesa. Hmotnost (i když ne příliš přesná) lze zjistit studiem pohybu společníka nebo, což je mnohem obtížnější, měřením intenzity rentgenového záření padajícího materiálu. Tato intenzita souvisí rovnicí s hmotností tělesa, na které tato látka dopadá.
nositel Nobelovy ceny
Něco podobného lze říci o supermasivních černých dírách pozorovaných v jádrech mnoha galaxií, jejichž hmotnosti se odhadují měřením orbitálních rychlostí plynu dopadajícího do černé díry. V tomto případě, způsobeném silným gravitačním polem velmi velkého objektu, je pozorování v rádiovém dosahu a také v optických paprscích detekováno rychlé zvýšení rychlosti plynových mračen obíhajících ve středu galaxií. Pozorování v oblasti rentgenového záření může potvrdit zvýšené uvolňování energie způsobené hmotou padající do černé díry. Výzkum rentgenového záření zahájil počátkem 60. let Ital Riccardo Giacconi, který působil v USA. Byl mu udělen v roce 2002 Nobelova cena uznal jeho „průkopnické příspěvky k astrofyzice, které vedly k objevu zdrojů rentgenového záření ve vesmíru“.
Naše Galaxie není imunní vůči přítomnosti kandidátských objektů černé díry. Naštěstí žádný z těchto objektů není dostatečně blízko k nám, aby představoval hrozbu pro existenci Země nebo sluneční soustavy. Navzdory velký počet označené kompaktní rentgenové zdroje (které jsou nejpravděpodobnějšími kandidáty na černé díry), nemáme jistotu, že skutečně obsahují černé díry. Jediný z těchto zdrojů, který nemá alternativní verzi, je blízký binární systém Cygnus X-1, tedy nejjasnější zdroj rentgenového záření v souhvězdí Labutě.
Tento systém, který má oběžnou dobu 5,6 dne, se skládá z velmi jasné modré hvězdy velká velikost(její průměr je 20krát větší než Slunce a jeho hmotnost je asi 30krát), snadno viditelná i ve vašem dalekohledu, a neviditelná druhá hvězda, jejíž hmotnost se odhaduje na několik hmotností Slunce (až 10). Druhá hvězda, která se nachází 6 500 světelných let daleko, by byla dokonale viditelná, kdyby to byla obyčejná hvězda. Jeho neviditelnost, silné rentgenové záření produkované systémem a nakonec odhad hmotnosti vedly většinu astronomů k domněnce, že se jedná o první potvrzený objev hvězdné černé díry.
Pochybnosti
Najdou se však i skeptici. Mezi nimi je jeden z největších výzkumníků černých děr, fyzik Stephen Hawking. Dokonce se vsadil se svým americkým kolegou Keelem Thornem, horlivým zastáncem klasifikace objektu Cygnus X-1 jako černé díry.
Debata o identitě objektu Cygnus X-1 není jedinou Hawkingovou sázkou. Poté, co se několik devíti let věnoval teoretickým studiím černých děr, přesvědčil se o klamu svých předchozích představ o těchto záhadných objektech. Hawking zejména předpokládal, že hmota po pádu do černé díry navždy zmizí a s ní i vše jeho informační zavazadlo zmizí. Byl si tím natolik jistý, že se na toto téma v roce 1997 vsadil se svým americkým kolegou Johnem Preskillem.
Přiznání chyby
21. července 2004 ve svém projevu na kongresu o teorii relativity v Dublinu Hawking připustil, že Preskill měl pravdu. Černé díry nevedou k úplnému vymizení hmoty. Navíc mají určitý druh „paměti“. Mohou dobře obsahovat stopy toho, co zkonzumovali. Takže „vypařováním“ (tedy pomalým vyzařováním záření v důsledku kvantového efektu) mohou tuto informaci vrátit našemu Vesmíru.
Astronomové mají stále mnoho pochybností o přítomnosti hvězdných černých děr (jako je ta patřící do binárního systému Cygnus X-1) v naší Galaxii; ale o supermasivních černých dírách se pochybuje mnohem méně.
Naše Galaxie má alespoň jednu supermasivní černou díru. Jeho zdroj, známý jako Sagittarius A*, je přesně lokalizován ve středu roviny Mléčná dráha. Jeho jméno je vysvětleno skutečností, že jde o nejsilnější rádiový zdroj v souhvězdí Střelce. Právě v tomto směru se nacházejí jak geometrická, tak i fyzikální centra našeho galaktického systému. Supermasivní černá díra spojená se zdrojem rádiových vln Sagittarius A*, která se nachází asi 26 000 světelných let daleko, má hmotnost odhadovanou na asi 4 miliony hmotností Slunce a nachází se v prostoru, jehož objem je srovnatelný s objemem sluneční soustavy. Její relativní blízkost k nám (tato supermasivní černá díra je bezesporu nejblíže Zemi) způsobila posledních letech objekt prošel zvláště hloubkovou studií pomocí vesmírné observatoře Chandra. Ukázalo se zejména, že je to také silný zdroj rentgenového záření (ale ne tak silný jako zdroje v aktivních galaktických jádrech). Sagittarius A* může být spícím pozůstatkem toho, co bylo aktivním jádrem naší Galaxie před miliony nebo miliardami let.
Někteří astronomové se však domnívají, že v naší Galaxii je ještě jedno překvapení. Hovoříme o druhé černé díře průměrné hmotnosti, která drží pohromadě kupu mladých hvězd a brání jim v pádu do supermasivní černé díry umístěné v centru samotné Galaxie. Jak je možné, že na vzdálenost menší než jedna světelných let může být od ní hvězdokupa starý sotva 10 milionů let, tedy podle astronomických měřítek velmi mladý? Podle vědců je odpovědí, že se tam kupa nezrodila (prostředí kolem centrální černé díry je příliš nepřátelské pro vznik hvězd), ale byla tam „přitažena“ kvůli existenci druhé černé díry uvnitř ní, která má průměrnou hmotnost.
Jednotlivé hvězdy v kupě, přitahované superhmotnou černou dírou, se začaly posouvat směrem ke galaktickému středu. Místo toho, aby se rozptýlily do vesmíru, zůstávají shluky pohromadě díky gravitační síle druhé černé díry umístěné ve středu kupy. Hmotnost této černé díry lze odhadnout na základě její schopnosti udržet na vodítku celou hvězdokupu. Středně velké černé díře zřejmě trvá asi 100 let, než oběhne centrální černou díru. To znamená, že dlouhodobá pozorování po mnoho let nám umožní „vidět“.
Ze všech objektů, které lidstvo zná a které se nacházejí ve vesmíru, působí černé díry nejděsivějším a nepochopitelným dojmem. Tento pocit zahalí téměř každého člověka, když se řekne černé díry, a to navzdory skutečnosti, že lidstvo o nich ví už více než století a půl. První poznatky o těchto jevech byly získány dlouho před Einsteinovými publikacemi o teorii relativity. Skutečné potvrzení existence těchto objektů však bylo přijato teprve nedávno.
Černé díry jsou samozřejmě právem proslulé svou podivností fyzikální vlastnosti, které dávají vzniknout ještě více záhadám ve Vesmíru. Snadno zpochybňují všechny vesmírné zákony fyziky a kosmické mechaniky. Abychom porozuměli všem detailům a principům existence takového jevu, jakým je kosmická díra, musíme se seznámit s moderními výdobytky astronomie a navíc budeme muset jít dál standardní koncepty. Pro snazší pochopení a seznámení se s kosmickými dírami připravil portál mnoho zajímavých informací týkajících se těchto jevů ve Vesmíru.
V první řadě je třeba poznamenat, že černé díry nevznikají z ničeho, jsou tvořeny z hvězd, které jsou gigantické velikosti a hmotnosti. Navíc nejvíc skvělá vlastnost a jedinečná věc na každé černé díře je, že mají velmi silnou gravitační sílu. Síla přitažlivosti objektů k černé díře přesahuje druhou únikovou rychlost. Takové indikátory gravitace naznačují, že ani světelné paprsky nemohou uniknout z pole působení černé díry, protože mají mnohem nižší rychlost.
Zvláštností přitažlivosti je, že přitahuje všechny předměty, které jsou v těsné blízkosti. Čím větší objekt projde v blízkosti černé díry, tím větší vliv a přitažlivost se mu dostane. V souladu s tím můžeme dojít k závěru, že čím větší je objekt, tím silnější je přitahován černou dírou, a aby se takovému vlivu zabránilo, musí mít vesmírné těleso velmi vysokou rychlost pohybu.
Je také bezpečné poznamenat, že v celém vesmíru neexistuje žádné těleso, které by se mohlo vyhnout přitažlivosti černé díry, pokud by se ocitla v těsné blízkosti, protože ani ten nejrychlejší světelný proud nemůže uniknout tomuto vlivu. Teorie relativity, kterou vyvinul Einstein, je vynikající pro pochopení charakteristik černých děr. Podle této teorie může gravitace ovlivňovat čas a deformovat prostor. Také uvádí, že čím větší je objekt umístěný ve vesmíru, tím více zpomaluje čas. V blízkosti samotné černé díry se čas jakoby úplně zastavil. Pokud by kosmická loď vstoupila do pole působnosti vesmírné díry, bylo by možné pozorovat, jak se zpomalí, když se přiblíží, a nakonec úplně zmizí.
Neměli byste se příliš bát jevů, jako jsou černé díry, a věřit všem nevědeckým informacím, které v tuto chvíli mohou existovat. Nejprve musíme vyvrátit nejrozšířenější mýtus, že černé díry mohou nasávat veškerou hmotu a předměty kolem sebe, a jak to dělají, zvětšují se a pohlcují stále více. Nic z toho není tak úplně pravda. Ano, skutečně mohou absorbovat vesmírná tělesa a hmotu, ale pouze ty, které jsou v určité vzdálenosti od samotné díry. Kromě své silné gravitace se příliš neliší od běžných hvězd s gigantickou hmotností. I když se naše Slunce změní v černou díru, bude schopno nasávat pouze objekty umístěné na krátkou vzdálenost a všechny planety zůstanou rotovat na svých obvyklých drahách.
Přejdeme-li k teorii relativity, můžeme dojít k závěru, že všechny objekty se silnou gravitací mohou ovlivnit zakřivení času a prostoru. Navíc, čím větší tělesná hmotnost, tím silnější bude zkreslení. Takže poměrně nedávno to vědci mohli vidět v praxi, když mohli uvažovat o dalších objektech, které měly být pro naše oči nepřístupné kvůli obrovským vesmírným tělesům, jako jsou galaxie nebo černé díry. To vše je možné díky tomu, že světelné paprsky procházející poblíž z černé díry nebo jiného tělesa jsou velmi silně ohnuty vlivem své gravitace. Tento typ zkreslení umožňuje vědcům nahlédnout mnohem dále do vesmíru. Ale s takovými studiemi je velmi obtížné určit skutečné umístění studovaného těla.
Černé díry se neobjevují z ničeho nic, vznikají explozí superhmotných hvězd. Navíc, aby vznikla černá díra, musí být hmotnost vybuchlé hvězdy alespoň desetkrát větší než hmotnost Slunce. Každá hvězda existuje díky teplu jaderné reakce, které procházejí uvnitř hvězdy. V tomto případě se vodíková slitina uvolňuje během procesu fúze, ale nemůže opustit oblast vlivu hvězdy, protože její gravitace přitahuje vodík zpět. Celý tento proces umožňuje existenci hvězd. Syntéza vodíku a gravitace hvězd jsou docela dobře fungující mechanismy, ale narušení této rovnováhy může vést k explozi hvězdy. Ve většině případů je způsobena vyčerpáním jaderného paliva.
V závislosti na hmotnosti hvězdy je možných několik scénářů jejich vývoje po explozi. Hmotné hvězdy tedy tvoří pole výbuchu supernovy a většina z nich zůstává za jádrem bývalé hvězdy, astronauti takové objekty nazývají Bílí trpaslíci. Ve většině případů se kolem těchto těles tvoří oblak plynu, který je držen na místě gravitací trpaslíka. Možná je i jiná cesta vývoje supermasivních hvězd, kdy výsledná černá díra bude velmi silně přitahovat veškerou hmotu hvězdy do svého středu, což povede k jejímu silnému stlačení.
Takto stlačená tělesa se nazývají neutronové hvězdy. V nejvzácnějších případech je po explozi hvězdy možný vznik černé díry v našem přijímaném chápání tohoto jevu. Ale aby se vytvořila díra, musí být hmotnost hvězdy prostě gigantická. V tomto případě, když je narušena rovnováha jaderných reakcí, gravitace hvězdy se prostě zblázní. Zároveň se začne aktivně hroutit, načež se stává pouze bodem v prostoru. Jinými slovy, můžeme říci, že hvězda jako fyzický objekt přestává existovat. Navzdory tomu, že zmizí, vznikne za ním černá díra se stejnou gravitací a hmotností.
Právě kolaps hvězd vede k tomu, že úplně zmizí a na jejich místě vznikne černá díra se stejnými fyzikálními vlastnostmi jako zmizelá hvězda. Jediným rozdílem je větší stupeň stlačení otvoru, než je objem hvězdy. Většina hlavní rys Všechny černé díry mají svou singularitu, která určuje jejich střed. Tato oblast se vzpírá všem fyzikálním, hmotným a vesmírným zákonům, které přestávají existovat. Abychom pochopili koncept singularity, můžeme říci, že se jedná o bariéru, která se nazývá horizont kosmických událostí. Je to také vnější hranice černé díry. Singularitu lze nazvat bodem, odkud není návratu, protože právě tam začíná působit gigantická gravitační síla díry. Ani světlo, které překročí tuto bariéru, není schopno uniknout.
Horizont událostí má tak atraktivní efekt, že přitahuje všechna tělesa rychlostí světla, když se přibližujete k samotné černé díře, ukazatele rychlosti se ještě zvyšují. Proto jsou všechny předměty, které spadají do oblasti působení této síly, odsouzeny k nasátí do otvoru. Je třeba poznamenat, že takové síly jsou schopny pozměnit těleso zachycené působením takové přitažlivosti, načež se natáhnou do tenkého provázku a poté v prostoru zcela přestanou existovat.
Vzdálenost mezi horizontem události a singularitou se může měnit, tento prostor se nazývá Schwarzschildův poloměr. Proto než větší velikostčerná díra, tím větší bude rozsah působení. Můžeme například říci, že černá díra, která by byla hmotná jako naše Slunce, by měla Schwarzschildův poloměr tři kilometry. Podle toho mají velké černé díry větší dosah.
Hledání černých děr je poměrně obtížný proces, protože světlo z nich nemůže uniknout. Hledání a definice jsou proto založeny pouze na nepřímých důkazech jejich existence. Nejvíce jednoduchá metoda Jejich hledání, které vědci používají, je hledat tak, že najdou místa v temném prostoru, pokud mají velkou hmotnost. Ve většině případů se astronomům podaří najít černé díry v binárních hvězdných systémech nebo v centrech galaxií.
Většina astronomů se přiklání k názoru, že ve středu naší galaxie je také supervýkonná černá díra. Toto prohlášení vyvolává otázku, bude tato díra schopna spolknout vše v naší galaxii? Ve skutečnosti je to nemožné, protože samotná díra má stejnou hmotnost jako hvězdy, protože je vytvořena z hvězdy. Navíc všechny výpočty vědců nepředpovídají žádné globální události související s tímto objektem. Navíc ještě další miliardy let budou vesmírná tělesa naší galaxie tiše rotovat kolem této černé díry bez jakýchkoli změn. Důkazy o existenci díry ve středu Mléčné dráhy lze získat z rentgenových vln zaznamenaných vědci. A většina astronomů se přiklání k názoru, že černé díry je aktivně emitují v obrovském množství.
Poměrně často v naší galaxii existují hvězdné systémy sestávající ze dvou hvězd a často se jedna z nich může stát černou dírou. Černá díra v této verzi pohltí všechna tělesa na své dráze, přičemž kolem ní začne rotovat hmota, díky čemuž vzniká tzv. urychlovací disk. Zvláštností je, že zvyšuje rychlost otáčení a přibližuje se ke středu. Je to hmota, která spadne doprostřed černé díry, která vyzařuje rentgenové záření, a hmota samotná je zničena.
Binární hvězdné systémy jsou úplně prvními kandidáty na status černé díry. V takových systémech je nejsnazší najít černou díru kvůli objemu viditelná hvězda Můžete také vypočítat ukazatele svého neviditelného bratra. V současnosti může být úplně prvním kandidátem na status černé díry hvězda ze souhvězdí Labutě, která aktivně vyzařuje rentgenové záření.
Na základě všeho výše uvedeného o černých dírách můžeme říci, že nejde o tak nebezpečné jevy, samozřejmě v případě těsné blízkosti jde o nejmocnější objekty ve vesmíru díky gravitační síle. Můžeme tedy říci, že se nijak zvlášť neliší od ostatních těles, jejich hlavním znakem je silné gravitační pole.
O účelu černých děr bylo navrženo velké množství teorií, z nichž některé byly dokonce absurdní. Podle jednoho z nich se tedy vědci domnívali, že černé díry mohou zrodit nové galaxie. Tato teorie spoléhá na to, že náš svět je docela příznivým místem pro vznik života, ale pokud se změní jeden z faktorů, život by byl nemožný. Z tohoto důvodu se jedinečnost a rysy změny fyzikální vlastnosti v černých dírách může dát vzniknout zcela novému Vesmíru, který se bude výrazně lišit od toho našeho. Ale to je pouze teorie a dosti chabá vzhledem k tomu, že neexistují žádné důkazy o takovém účinku černých děr.
Pokud jde o černé díry, mohou nejen absorbovat hmotu, ale také se mohou vypařovat. Podobný jev byl prokázán již před několika desítkami let. Toto vypařování může způsobit, že černá díra ztratí veškerou svou hmotu a poté úplně zmizí.
To vše je nejmenší informace o černých dírách, kterou se můžete na stránkách portálu dozvědět. Máme také obrovské množství zajímavých informací o dalších vesmírných jevech.
Černé díry, temná hmota, temná hmota... To jsou bezpochyby nejpodivnější a tajemné předměty ve vesmíru. Jejich bizarní vlastnosti mohou zpochybnit fyzikální zákony vesmíru a dokonce i povahu existující reality. Aby vědci pochopili, co jsou černé díry, doporučují „změnit své zaměření“, naučit se myslet mimo krabici a použít trochu představivosti. Černé díry se tvoří z jader superhmotných hvězd, které lze popsat jako oblast vesmíru, kde se v prázdnotě soustřeďuje obrovská hmota a nic, dokonce ani světlo, nemůže uniknout tamní gravitační síle. Toto je oblast, kde druhá úniková rychlost překračuje rychlost světla: A čím hmotnější je objekt pohybu, tím rychleji se musí pohybovat, aby se zbavil síly své gravitace. Toto je známé jako úniková rychlost.
Collier's Encyclopedia nazývá černé díry oblastí ve vesmíru, která vzniká v důsledku úplného gravitačního kolapsu hmoty, ve které je gravitační přitažlivost tak silná, že ji nemůže opustit ani hmota, ani světlo, ani jiné nosiče informací. Vnitřek černé díry tedy není kauzálně spojen se zbytkem vesmíru; děje uvnitř černé díry fyzikální procesy nemůže ovlivnit procesy mimo něj. Černá díra je obklopena povrchem s vlastností jednosměrné membrány: hmota a záření přes ni volně propadají do černé díry, ale nic odtud nemůže uniknout. Tento povrch se nazývá „horizont událostí“.
Černé díry, které předpověděla obecná teorie relativity (teorie gravitace navržená Einsteinem v roce 1915) a další, modernější teorie gravitace, byly matematicky podloženy R. Oppenheimerem a H. Snyderem v roce 1939. Ale vlastnosti prostoru a čas v blízkosti těchto objektů se ukázal být tak neobvyklý, že je astronomové a fyzici nebrali vážně 25 let. Astronomické objevy v polovině 60. let však vynesly na povrch černé díry jako možnou fyzikální realitu. Nové objevy a studie by mohly zásadně změnit naše chápání prostoru a času a vrhnout světlo na miliardy vesmírných záhad.
Zatímco v útrobách hvězdy probíhají termonukleární reakce, udržují si vysokou teplotu a tlak, čímž brání zhroucení hvězdy vlivem vlastní gravitace. Časem se však jaderné palivo vyčerpá a hvězda se začne zmenšovat. Výpočty ukazují, že pokud hmotnost hvězdy nepřesáhne tři hmotnosti Slunce, pak vyhraje „bitvu s gravitací“: její gravitační kolaps bude zastaven tlakem „degenerované“ hmoty a hvězda se navždy otočí. do bílý trpaslík nebo neutronová hvězda. Ale pokud je hmotnost hvězdy větší než tři sluneční paprsky, pak nic nemůže zastavit její katastrofický kolaps a rychle se dostane pod horizont událostí a stane se černou dírou.
Co nevyzařuje světlo, není snadné si všimnout. Jedním ze způsobů, jak hledat černou díru, je hledat oblasti ve vesmíru, které mají hodně hmoty a jsou v temném prostoru. Při hledání těchto typů objektů je astronomové našli ve dvou hlavních oblastech: v centrech galaxií a ve dvojhvězdných systémech naší Galaxie. Celkem, jak vědci naznačují, existují desítky milionů takových objektů.
V současnosti jediný spolehlivý způsob rozlišení černá díra z objektu jiného typu je změřit hmotnost a rozměry objektu a porovnat jeho poloměr s
24. ledna 2013
Ze všech předpovídaných hypotetických objektů ve vesmíru vědeckých teoriíČerné díry vyvolávají nejděsivější dojem. A ačkoli návrhy o jejich existenci začaly vznikat téměř půldruhého století předtím, než Einstein publikoval obecnou teorii relativity, přesvědčivé důkazy o realitě jejich existence byly získány teprve nedávno.
Začněme tím, jak obecná teorie relativity řeší otázku povahy gravitace. Newtonův zákon univerzální gravitace říká, že mezi jakýmikoli dvěma hmotnými tělesy ve vesmíru existuje síla vzájemné přitažlivosti. Díky této gravitační přitažlivosti se Země otáčí kolem Slunce. Obecná teorie relativity nás nutí dívat se na soustavu Slunce-Země jinak. Podle této teorie se zdá, že v přítomnosti tak masivního nebeského tělesa, jako je Slunce, se časoprostor pod jeho tíhou zhroutí a naruší se uniformita jeho tkaniny. Představte si elastickou trampolínu, na které je položena těžká koule (například z bowlingové dráhy). Napnutá látka se pod její tíhou ohýbá a vytváří kolem ní podtlak. Stejně tak Slunce tlačí časoprostor kolem sebe.
Podle tohoto obrázku se Země jednoduše kutálí kolem vzniklého trychtýře (až na to, že malý míček, který se na trampolíně kutálí kolem těžkého, nevyhnutelně ztratí rychlost a spirálovitě se přiblíží k velkému). A co obvykle vnímáme jako gravitační sílu v našem každodenní život, také není nic jiného než změna geometrie časoprostoru, a nikoli síla v newtonovském smyslu. Dnes nám nedává nic úspěšnějšího vysvětlení podstaty gravitace než obecná teorie relativity.
Nyní si představte, co se stane, když v rámci navrhovaného obrázku zvětšíme a zvětšíme hmotnost těžké koule, aniž bychom zvětšili její fyzické rozměry? Protože je trychtýř absolutně elastický, bude se prohlubovat, až se jeho horní okraje sblíží někde vysoko nad úplně těžkou koulí, a pak při pohledu z hladiny prostě přestane existovat. Ve skutečném Vesmíru, po nahromadění dostatečné hmoty a hustoty hmoty, objekt kolem sebe udeří časoprostorovou past, tkanina časoprostoru se uzavře a ztratí kontakt se zbytkem Vesmíru a stane se pro něj neviditelným. Takto se objevuje černá díra.
Schwarzschild a jeho současníci věřili, že tak podivné vesmírné objekty v přírodě neexistují. Sám Einstein se tohoto stanoviska nejen držel, ale také se mylně domníval, že se mu podařilo svůj názor matematicky podložit.
Ve 30. letech 20. století mladý indický astrofyzik Chandrasekhar dokázal, že hvězda, která spotřebovala své jaderné palivo, shodila svůj obal a proměnila se v pomalu se ochlazujícího bílého trpaslíka, pouze pokud je její hmotnost menší než 1,4 hmotnosti Slunce. Brzy si Američan Fritz Zwicky uvědomil, že výbuchy supernov produkují extrémně hustá těla neutronové hmoty; Později ke stejnému závěru dospěl i Lev Landau. Po Chandrasekharově práci bylo zřejmé, že pouze hvězdy s hmotností větší než 1,4 hmotnosti Slunce mohou projít takovým vývojem. Vyvstala tedy přirozená otázka: existuje horní hranice hmotnosti supernov, kterou za sebou neutronové hvězdy zanechávají?
Na konci 30. let budoucí otec Američan atomová bomba Robert Oppenheimer zjistil, že takový limit skutečně existuje a nepřekračuje několik hmotností Slunce. Přesnější posouzení tehdy nebylo možné; Nyní je známo, že hmotnosti neutronových hvězd musí být v rozmezí 1,5-3 Ms. Ale i z hrubých výpočtů Oppenheimera a jeho postgraduálního studenta George Volkowa vyplynulo, že nejhmotnější potomci supernov se nestanou neutronové hvězdy, ale přejít do jiného stavu. V roce 1939 Oppenheimer a Hartland Snyder použili idealizovaný model, aby dokázali, že masivní kolabující hvězda je stažena do svého gravitačního poloměru. Z jejich vzorců vlastně vyplývá, že hvězda tím nekončí, ale spoluautoři se zdrželi tak radikálního závěru.
09.07.1911 - 13.04.2008
Konečná odpověď byla nalezena ve druhé polovině 20. století díky úsilí celé galaxie skvělých teoretických fyziků, včetně sovětských. Ukázalo se, že takový kolaps hvězdu vždy stlačí „celou cestu“ a zcela zničí její hmotu. V důsledku toho vzniká singularita, „superkoncentrát“ gravitačního pole, uzavřený v nekonečně malém objemu. U stacionárního otvoru je to bod, u rotujícího otvoru je to prstenec. Zakřivení časoprostoru a tedy i gravitační síla v blízkosti singularity má tendenci k nekonečnu. Koncem roku 1967 americký fyzik John Archibald Wheeler jako první nazval takový konečný hvězdný kolaps černou dírou. Nový termín zamiloval se do fyziků a potěšil novináře, kteří ho nosili světem (i když Francouzům se to zpočátku nelíbilo, protože výraz trou noir naznačoval pochybné asociace).
Nejdůležitější vlastností černé díry je, že cokoli do ní spadne, už se to nevrátí. To platí i pro světlo, a proto dostaly černé díry svůj název: těleso, které pohlcuje veškeré světlo dopadající na něj a nevyzařuje žádné vlastní, se jeví jako zcela černé. Podle obecné teorie relativity, pokud se objekt přiblíží ke středu černé díry v kritické vzdálenosti – tato vzdálenost se nazývá Schwarzschildův poloměr – nemůže se nikdy vrátit. (Německý astronom Karl Schwarzschild (1873-1916) v posledních letech svého života vypočítal pomocí rovnic Einsteinovy obecné teorie relativity gravitační pole kolem hmoty o nulovém objemu.) Pro hmotnost Slunce platí Schwarzschildův poloměr. je 3 km, tedy aby se naše Slunce proměnilo v černou díru, musíte celou jeho hmotu zhutnit na velikost malého města!
Uvnitř Schwarzschildova poloměru teorie předpovídá ještě podivnější jevy: veškerá hmota černé díry se shromažďuje do nekonečně malého bodu nekonečné hustoty v jejím samém středu - matematici nazývají takový objekt singulární poruchou. Při nekonečné hustotě zabírá jakákoli konečná hmota hmoty, matematicky řečeno, nulový prostorový objem. Přirozeně nemůžeme experimentálně ověřit, zda k tomuto jevu skutečně dochází uvnitř černé díry, protože vše, co spadne do Schwarzschildova poloměru, se nevrací zpět.
Aniž bychom se tedy mohli „dívat“ na černou díru v tradičním smyslu slova „dívat“, můžeme její přítomnost přesto zjistit nepřímými známkami vlivu jejího supersilného a zcela neobvyklého gravitačního pole na hmotu kolem. to.
Supermasivní černé díry
Ve středu naší Mléčné dráhy a dalších galaxií leží neuvěřitelně masivní černá díra milionkrát těžší než Slunce. Tyto supermasivní černé díry (jak byly pojmenovány) byly objeveny z pozorování povahy pohybu mezihvězdného plynu v blízkosti center galaxií. Plyny, soudě podle pozorování, rotují v těsné vzdálenosti od supermasivního objektu a jednoduché výpočty pomocí Newtonových zákonů mechaniky ukazují, že objekt, který je přitahuje, s malým průměrem, má monstrózní hmotnost. Pouze černá díra může tímto způsobem vířit mezihvězdný plyn v centru galaxie. Ve skutečnosti astrofyzici již našli desítky takových masivních černých děr v centrech galaxií sousedících s naší galaxií a mají silné podezření, že střed jakékoli galaxie je černá díra.
Černé díry s hvězdnou hmotností
Podle našeho současného chápání evoluce hvězd, když hvězda o hmotnosti přesahující přibližně 30 hmotností Slunce zemře při explozi supernovy, její vnější obal se rozptýlí a vnitřní vrstvy se rychle zhroutí směrem ke středu a vytvoří v místě černou díru. hvězdy, která vyčerpala své zásoby paliva. Černou díru tohoto původu izolovanou v mezihvězdném prostoru je téměř nemožné identifikovat, protože se nachází ve vzácném vakuu a nijak se neprojevuje gravitační interakce. Pokud by však taková díra byla součástí dvojhvězdného systému (dvě horké hvězdy obíhající kolem svého středu hmoty), černá díra by stále měla gravitační vliv na svou párovou hvězdu. Astronomové dnes mají více než tucet kandidátů na roli hvězdných systémů tohoto druhu, ačkoli pro žádnou z nich nebyly získány přesné důkazy.
V binárním systému s černou dírou ve složení hmota „živé“ hvězdy nevyhnutelně „teče“ ve směru k černé díře. A látka vysátá černou dírou se při pádu do černé díry roztočí ve spirále a zmizí při překročení Schwarzschildova poloměru. Při přiblížení se k fatální hranici však hmota nasátá do trychtýře černé díry nevyhnutelně zhustne a zahřeje se v důsledku zvýšené frekvence srážek mezi částicemi absorbovanými dírou, dokud se nezahřeje na energii záření vln v Rentgenový rozsah spektra elektromagnetického záření. Astronomové mohou měřit periodicitu změn intenzity rentgenového záření tohoto druhu a porovnáním s jinými dostupnými údaji vypočítat přibližnou hmotnost objektu, který na sebe „táhne“ hmotu. Pokud hmotnost objektu překročí Chandrasekharovu mez (1,4 hmotnosti Slunce), tento objekt nemůže být bílým trpaslíkem, do kterého je naše hvězda předurčena degenerovat. Ve většině identifikovaných pozorování takových rentgenových dvojhvězd je hmotným objektem neutronová hvězda. Existuje však již více než tucet případů, kdy jediným rozumným vysvětlením je přítomnost černé díry v binárním hvězdném systému.
Všechny ostatní typy černých děr jsou mnohem spekulativnější a založené pouze na teoretickém výzkumu – o jejich existenci neexistují vůbec žádné experimentální důkazy. Za prvé jsou to mini černé díry s hmotností srovnatelnou s hmotností hory a stlačené na poloměr protonu. Myšlenka jejich původu na počáteční fázi vznik Vesmíru bezprostředně po velkém třesku vyjádřil anglický kosmolog Stephen Hawking (viz Skrytý princip nevratnosti času). Hawking navrhl, že exploze malých děr by mohly vysvětlit skutečně záhadný jev přesných gama záblesků ve vesmíru. Za druhé, některé teorie elementárních částic předpovídají existenci ve Vesmíru – na mikroúrovni – skutečného síta černých děr, které jsou jakousi pěnou z odpadků vesmíru. Průměr takových mikrootvorů je údajně asi 10-33 cm - jsou miliardkrát menší než proton. V tuto chvíli nemáme naději experimentálně ověřit ani samotný fakt existence takových částic černých děr, nemluvě o nějakém zkoumání jejich vlastností.
A co se stane s pozorovatelem, pokud se náhle ocitne na druhé straně gravitačního poloměru, jinak nazývaného horizont událostí. Tady to všechno začíná úžasná vlastnostčerné díry. Ne nadarmo jsme při řeči o černých dírách vždy zmiňovali čas, přesněji časoprostor. Podle Einsteinovy teorie relativity platí, že čím rychleji se těleso pohybuje, tím větší je jeho hmotnost, ale tím pomaleji začíná plynout čas! Při nízkých rychlostech za normálních podmínek není tento efekt patrný, ale pokud tělo ( kosmická loď) se pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla, pak se jeho hmotnost zvětšuje a čas se zpomaluje! Když se rychlost tělesa rovná rychlosti světla, hmota jde do nekonečna a čas se zastaví! O tom hovoří přísné matematické vzorce. Vraťme se k černé díře. Představme si fantastickou situaci, kdy se hvězdná loď s astronauty na palubě přiblíží k gravitačnímu poloměru nebo horizontu událostí. Je jasné, že horizont událostí je takto pojmenován proto, že jakékoli události můžeme pozorovat (pozorovat vůbec cokoli) pouze po tuto hranici. Že za touto hranicí nejsme schopni pozorovat. Když se však astronauti budou cítit uvnitř lodi blížící se k černé díře, budou se cítit stejně jako předtím, protože... Podle jejich hodinek bude čas běžet „normálně“. Kosmická loď klidně překročí horizont událostí a půjde dál. Jelikož se ale její rychlost bude blížit rychlosti světla, dostane se sonda do středu černé díry doslova během okamžiku.
A pro externího pozorovatele se kosmická loď jednoduše zastaví na horizontu událostí a zůstane tam téměř navždy! To je paradox kolosální gravitace černých děr. Přirozenou otázkou je, zda astronauti, kteří jdou do nekonečna podle hodin vnějšího pozorovatele, zůstanou naživu. Žádný. A pointa není vůbec v obrovské gravitaci, ale ve slapových silách, které se u tak malého a masivního tělesa na krátké vzdálenosti velmi mění. Při výšce astronauta 1 m 70 cm budou slapové síly u jeho hlavy mnohem menší než u nohou a na horizontu událostí bude jednoduše roztrhán. Zjistili jsme tedy obecně, co jsou černé díry, ale zatím jsme mluvili o černých dírách s hvězdnou hmotností. V současné době astronomové objevili supermasivní černé díry, jejichž hmotnost může být miliarda sluncí! Supermasivní černé díry se svými vlastnostmi neliší od svých menších protějšků. Jsou jen mnohem hmotnější a zpravidla se nacházejí v centrech galaxií - hvězdných ostrovech vesmíru. Ve středu naší Galaxie (Mléčná dráha) se také nachází supermasivní černá díra. Kolosální hmotnost takových černých děr umožní jejich hledání nejen v naší Galaxii, ale také v centrech vzdálených galaxií nacházejících se ve vzdálenosti milionů a miliard světelných let od Země a Slunce. Evropští a američtí vědci provedli globální pátrání po supermasivních černých dírách, které by se podle moderních teoretických výpočtů měly nacházet ve středu každé galaxie.
Moderní technologie umožňují detekovat přítomnost těchto kolapsarů v sousedních galaxiích, ale jen velmi málo z nich bylo objeveno. To znamená, že buď jsou černé díry jednoduše ukryty v hustých oblacích plynu a prachu v centrální části galaxií, nebo se nacházejí ve vzdálenějších koutech Vesmíru. Takže černé díry mohou být detekovány rentgenovým zářením emitovaným během narůstání hmoty na ně, a aby bylo možné provést sčítání takových zdrojů, byly do kosmického prostoru blízko Země vypuštěny satelity s rentgenovými dalekohledy na palubě. Při hledání zdrojů rentgenového záření vesmírné observatoře Chandra a Rossi objevily, že obloha je vyplněna rentgenovým zářením na pozadí, které bylo milionkrát jasnější než viditelné záření. Velká část této rentgenové emise na pozadí z oblohy musí pocházet z černých děr. Obvykle v astronomii existují tři typy černých děr. První jsou černé díry o hmotnosti hvězd (asi 10 hmotností Slunce). Vznikají z hmotných hvězd, když jim dojde termonukleární palivo. Druhým jsou supermasivní černé díry v centrech galaxií (miliony až miliardy slunečních hmot). A konečně primární černé díry vzniklé na počátku života Vesmíru, jejichž hmotnosti jsou malé (řádově hmotnosti velkého asteroidu). Velký rozsah možných hmotností černých děr tak zůstává nevyplněn. Ale kde jsou ty díry? Vyplňují prostor rentgenovými paprsky, ale nechtějí ukázat svou pravou „tvář“. Abychom ale mohli vybudovat jasnou teorii o souvislosti mezi rentgenovým zářením na pozadí a černými dírami, je nutné znát jejich počet. Vesmírné dalekohledy byly v tuto chvíli schopny pouze detekovat malé množství supermasivní černé díry, jejichž existenci lze považovat za prokázanou. Nepřímá znamení umožňují zvýšit počet pozorovaných černých děr zodpovědných za záření pozadí na 15 %. Musíme předpokládat, že zbývající supermasivní černé díry se jednoduše skrývají za silnou vrstvou prachových mračen, která přenášejí pouze rentgenové záření. vysoká energie nebo jsou příliš daleko na to, aby je bylo možné detekovat moderní prostředky pozorování.
Supermasivní černá díra (okolí) ve středu galaxie M87 (rentgenový snímek). Je vidět vyvržení (výtrysk) z horizontu událostí. Obrázek z www.college.ru/astronomy
Hledání skrytých černých děr je jedním z hlavních úkolů moderní rentgenové astronomie. Nedávné objevy v této oblasti, spojené s výzkumem pomocí dalekohledů Chandra a Rossi, nicméně pokrývají pouze nízkoenergetický rozsah rentgenového záření – přibližně 2000-20 000 elektronvoltů (pro srovnání energie optického záření je asi 2 elektrony) volt). Významné úpravy těchto studií může provést evropský vesmírný dalekohled Integral, který je schopen proniknout do dosud nedostatečně prozkoumané oblasti rentgenového záření s energií 20 000-300 000 elektronvoltů. Důležitost studia tohoto typu rentgenového záření spočívá v tom, že ačkoli má rentgenové pozadí oblohy nízkou energii, na tomto pozadí se objevují vícenásobné vrcholy (body) záření o energii asi 30 000 elektronvoltů. Vědci stále zvedají víko toho, co produkuje tyto vrcholy, a Integral je prvním dalekohledem dostatečně citlivým na detekci takových zdrojů rentgenového záření. Podle astronomů vysokoenergetické paprsky generují takzvané Comptonovy objekty, tedy supermasivní černé díry zahalené v prachové skořápce. Jsou to Comptonovy objekty, které jsou zodpovědné za rentgenové vrcholy 30 000 elektronvoltů v poli záření pozadí.
Vědci však pokračují ve svém výzkumu a dospěli k závěru, že Comptonovy objekty tvoří pouze 10 % z počtu černých děr, které by měly vytvářet vysokoenergetické vrcholy. To je vážná překážka pro další vývoj teorie. Takže chybějící rentgenové záření nedodává Compton-tloušť, ale obyčejné supermasivní černé díry? Co potom protiprachové clony pro nízkoenergetické rentgenové záření? Zdá se, že odpověď spočívá ve skutečnosti, že mnoho černých děr (Comptonových objektů) mělo dostatek času absorbovat veškerý plyn a prach, který je obklopoval, ale předtím měly možnost dát o sobě vědět pomocí vysokoenergetického rentgenového záření. Po spotřebování veškeré hmoty už takové černé díry nebyly schopny generovat rentgenové záření na horizontu událostí. Je jasné, proč tyto černé díry nelze detekovat, a je možné jim připsat chybějící zdroje záření na pozadí, protože ačkoli černá díra již nevyzařuje, záření, které dříve vytvořila, pokračuje v cestování vesmírem. Je však možné, že chybějící černé díry jsou skrytější, než si astronomové uvědomují, což znamená, že to, že je nevidíme, neznamená, že tam nejsou. Jen ještě nemáme dost pozorovací schopnosti, abychom je viděli. Mezitím vědci z NASA plánují rozšířit hledání skrytých černých děr ještě dále do vesmíru. Domnívají se, že právě zde se nachází podvodní část ledovce. V průběhu několika měsíců bude prováděn výzkum v rámci mise Swift. Průnik do hlubokého vesmíru odhalí skryté černé díry, najde chybějící spojení se zářením na pozadí a osvětlí jejich aktivitu v rané éře vesmíru.
Předpokládá se, že některé černé díry jsou aktivnější než jejich klidní sousedé. Aktivní černé díry pohlcují okolní hmotu, a pokud se kolem letící „neopatrná“ hvězda zachytí v letu gravitace, bude jistě „sežrána“ tím nejbarbarštějším způsobem (roztrhána na kusy). Absorbovaný materiál, padající do černé díry, se zahřeje na obrovské teploty a zažije záblesky v gama, rentgenovém a ultrafialovém rozsahu. Ve středu Mléčné dráhy je také supermasivní černá díra, kterou je však obtížnější studovat než díry v sousedních nebo dokonce vzdálených galaxiích. Je to kvůli husté stěně plynu a prachu, která se dostává do cesty středu Naší Galaxie, protože sluneční soustava se nachází téměř na okraji galaktického disku. Proto jsou pozorování aktivity černých děr mnohem efektivnější v těch galaxiích, jejichž jádra jsou jasně viditelná. Při pozorování jedné ze vzdálených galaxií, nacházející se v souhvězdí Boötes ve vzdálenosti 4 miliard světelných let, byli astronomové poprvé schopni sledovat od začátku až téměř do konce proces absorpce hvězdy superhmotnou černou dírou. . Po tisíce let tento obří kolapsar tiše a mírumilovně odpočíval ve středu nejmenované eliptické galaxie, dokud se jedna z hvězd neodvážila dostat se k němu dostatečně blízko.
Silná gravitace černé díry roztrhla hvězdu na kusy. Na černou díru začaly padat sraženiny hmoty a po dosažení horizontu událostí jasně vzplály v ultrafialové oblasti. Tyto záblesky zaznamenal nový vesmírný dalekohled NASA Galaxy Evolution Explorer, který studuje oblohu v ultrafialovém světle. Dalekohled i dnes pokračuje v pozorování chování význačného objektu, protože Jídlo černé díry ještě neskončilo a zbytky hvězdy nadále padají do propasti času a prostoru. Pozorování takových procesů nakonec pomůže lépe pochopit, jak se černé díry vyvíjejí společně s jejich hostitelskými galaxiemi (nebo naopak galaxie se vyvíjejí s mateřskou černou dírou). Dřívější pozorování naznačují, že takové excesy nejsou ve vesmíru neobvyklé. Vědci vypočítali, že v průměru hvězdu pohltí supermasivní černá díra v typické galaxii jednou za 10 000 let, ale protože existuje velké množství galaxií, lze absorpci hvězdy pozorovat mnohem častěji.
zdroj
Navzdory obrovským úspěchům na poli fyziky a astronomie existuje mnoho jevů, jejichž podstata není zcela odhalena. Mezi takové jevy patří záhadné černé díry, o kterých jsou pouze informace teoretické povahy a nelze je v praxi ověřit.
Ještě před příchodem teorie relativity astronomové navrhovali teorii o existenci černých trychtýřů. Po zveřejnění Einsteinovy teorie byla otázka gravitace revidována a v problému černých děr se objevily nové předpoklady. Je nereálné vidět tento vesmírný objekt, protože pohlcuje veškeré světlo vstupující do jeho prostoru. Vědci dokazují existenci černých děr na základě analýzy pohybu mezihvězdného plynu a trajektorií hvězd.
Vznik černých děr vede ke změnám časoprostorových charakteristik kolem nich. Čas jako by se vlivem obrovské gravitace stlačoval a zpomaloval. Hvězdy, které se ocitnou v cestě černého trychtýře, se mohou odchýlit ze své trasy a dokonce změnit směr. Černé díry absorbují energii svého dvojčete, což se také projevuje.
Informace o černých dírách jsou většinou hypotetické. Vědci je zkoumají kvůli jejich vlivu na vesmír a záření. Ve vesmíru není možné vidět černé díry, protože pohlcují veškeré světlo, které vstupuje do blízkého prostoru. Rentgenový snímek černých objektů byl pořízen ze speciálních satelitů, ukazující jasný střed, který je zdrojem paprsků.
Černá díra ve vesmíru je samostatný svět, který má svůj vlastní jedinečné vlastnosti a vlastnosti. Vlastnosti kosmických děr jsou určeny důvody jejich vzhledu. Pokud jde o vzhled černých objektů, existují následující teorie:
Černý trychtýř je objekt v prostoru, který má relativní malá velikost s obrovskou hmotností. Teorie černých děr říká, že každý kosmický objekt se může potenciálně stát černým trychtýřem, pokud v důsledku některých jevů ztratí svou velikost, ale zachová si svou hmotnost. Vědci dokonce hovoří o existenci mnoha černých mikroděr – miniaturních vesmírných objektů s poměrně velkou hmotností. Tento rozpor mezi hmotností a velikostí vede ke zvýšení gravitačního pole a vzniku silné přitažlivosti.
Černý tajemný předmět lze nazvat dírou jen s velkým roztažením. Centrem tohoto jevu je vesmírné těleso se zvýšenou gravitací. Výsledkem takové gravitace je silná přitažlivost k povrchu tohoto vesmírného tělesa. V tomto případě se vytváří vírové proudění, ve kterém rotují plyny a zrnka kosmického prachu. Proto je správnější nazývat černou díru černým trychtýřem.
Zjistit v praxi, co je uvnitř černé díry, je nemožné, protože úroveň gravitace kosmického víru neumožňuje žádnému objektu uniknout ze zóny jeho vlivu. Uvnitř černé díry je podle vědců úplná tma, protože v ní nenávratně mizí světelná kvanta. Předpokládá se, že prostor a čas jsou uvnitř černého trychtýře zkreslené; fyzikální a geometrické zákony zde neplatí. Takové rysy černých děr by pravděpodobně mohly vést ke vzniku antihmoty, která je v současnosti vědcům neznámá.
Černé díry jsou někdy popisovány jako objekty, které pohlcují okolní objekty, záření a částice. Tato myšlenka je nesprávná: vlastnosti černé díry jí umožňují absorbovat pouze to, co spadá do zóny jejího vlivu. Dokáže absorbovat kosmické mikročástice a záření vycházející z dvojčat. I když je planeta blízko černé díry, nebude absorbována, ale bude se nadále pohybovat po své oběžné dráze.
Vlastnosti černých děr závisí na síle gravitačního pole. Černé trychtýře přitahují vše, co spadá do jejich zóny vlivu. V tomto případě se mění časoprostorové charakteristiky. Vědci, kteří studují všechny věci černé díry, nesouhlasí s tím, co se děje s objekty v tomto víru:
Černé nálevky jsou rozděleny do typů podle způsobu jejich tvorby:
Nejbližší černá díra je od Země vzdálena 3000 světelných let. Jmenuje se V616 Monocerotis nebo V616 Mon. Jeho hmotnost dosahuje 9-13 hmotností Slunce. Binárním partnerem této díry je hvězda o hmotnosti poloviny Slunce. Další trychtýř relativně blízko Země je Cygnus X-1. Nachází se 6 tisíc světelných let od Země a váží 15krát více než Slunce. Tato kosmická černá díra má také svého binárního partnera, jehož pohyb pomáhá vysledovat vliv Cygnus X-1.
Vědci mluví o černých objektech, jako je tento zajímavá fakta:
