Интернет-магазин космической игрушки SpaceGiraffe.ru. Как устроена черная дыра
Как устроена черная дыра? | Как это сделано
Сегодня мы поговорим о таинственных и могущественных черных дырах. Эти космические объекты до сих пор остаются настоящей загадкой для многих астрономов и физиков. Само их существование вызывает некоторый первобытный страх, ведь наши скудные знания об их фантастическом строении и силе свидетельствует о том, насколько мало мы знаем о нашем общем доме – вселенной.
Для начала дадим определение. Черная дыра – это область пространства, где сила гравитации настолько мощна, что ни свет, ни вещество не в состоянии покинуть область дыры. Чтобы преодолеть притяжение «черных гигантов» скорость объекта должна превышать скорость света, что само по себе невозможно.
• Горизонт событий
Представьте себе, что вы летите на космическом корабле в какой-нибудь далекой галактике и вдруг, неожиданно, приблизились к черной дыре. Первое, что вы почувствуете – это сильнейше притяжение, создаваемое «горизонтом событий» – границей черной дыры, которую не может преодолеть даже свет. На самом деле после преодоления «горизонта событий» ничто не может существовать, но представим, что вас не расщепило на мельчайшие частицы, вы остались живы и отправились дальше.
• Сингулярнность
Область после «горизонта событий» называется сингулярность – это точка, где вещество, оставшееся от когда-то сверхмассивной звезды, за короткий промежуток времени сжимается до бесконечно больших значений плотности и тяготения. Английский физик Стивен Хокинг считает сингулярность местом «где разрушается классическая концепция пространства и времен». Поэтому, если бы вы нашли способ преодолеть «горизонт событий», то вас бы ожидал грандиозный финал: вечная жизнь вне времени и пространства или моментальная смерть.
• Масса
Черные дыры могут иметь массу, превышающую сотни тысяч масс нашего солнца. Такой огромный вес она получает после того, как некогда «живая» звезда после миллиардов лет жизни начала терять свое ядерное топливо. В результате таких процессов ядро звезды начинает неумолимо сжиматься, выделяя огромное количество энергии. В конечном итоге она превращается в черную дыру.
По предположениям ученых самая большая черная дыра находится в галактике IC 1101. Ее масса составляет 17 миллиардов солнечных масс – это 17% от тяжести всей галактики IC 1101! Существует еще один кандидат на место самой большой черной дыры во вселенной. Он находится в блазаре – особом виде внегалактических объектов. Внутри такого блазара существует «черный гигант» весом в 18 миллиардов солнечных масс. Эта дыра настолько огромна, что по ее орбите вращается еще одна черная дыра меньшего объема.
kak-eto-sdelano.ru
Самая могущественная загадка вселенной, Черная дыра
Добрый день! Сегодня поговорим о области пространства-времени - черная дыра. Это загадочные космические объекты поглощающие всю материю во круг. Но все же, так ли они страшны?
Давайте разберемся: как устроена черная дыра? как они появляются? можно ли сделать черную дыру в домашних условиях? и что будет с человеком если он туда упадет?
Черная дыра - это объект, гравитация которого настолько огромная, что что любое тело подброшенное с любой возможной скоростью, будет не улетать в космос, а неизбежно притягиваться обратно.
Максимальной возможной скоростью во вселенной 300 000 км/c обладает свет, и даже он и его фотоны, не могут преодолеть гравитацию и покинуть пределы черной дыры, настолько ее сила невообразима.
Как же появляются черные дыры? В большинстве случаев на оборот, они являются маленькими трупиками уже умерших звезд. Ведь что такое звезда? Это огромный шар, из раскаленного газа в котором действуют силы гравитации, и пытаются сжать его. Этим силам противостоят силы внутреннего давления, которая возникает из-за огромных температуры термоядерных реакций в центре звезды.
Это словно воздушный шарик, из внутри его распирает давление воздуха, но с другой стороны его держит натяжение оболочки.
Звезда умирает когда запасы топлива в ней заканчиваются, тогда распирающая ее сила исчезает, и звезду начинает сжимать, при этом плотность возрастает, и гравитация вокруг нее становится все сильнее и сильнее.
И если она сожмется до радиуса меньше определенного, это называется радиусом Шварцшильда или просто гравитационным радиусом, то тогда ее плотность будет на столько велика, что она станет черной дырой.
На самом деле любой объект обладает таким радиусом, можно взять человека, и каким-то неимоверным способом сжать его, до размером в 20 млрд. меньше электрона и тогда он станет черной дырой. Так можно взять: пончик, айфон, Эйфелевую башню, и даже Джастина Бибера, и сжать их до определенных размеров и получится в итоге маленькая черная дыра.
Нашу планету нужно сжать до размера вишни, чтоб получить тот же результат, а Солнце вообще до шара диаметром в 6 км.
Мы пока не знаем как можно это сделать, но в одном мы уверенны точно, что звезды тяжелее нашего солнца, более чем в 3 раза, могут сжиматься до гравитационного радиуса сами по себе, под действием собственной гравитации именно по этому мы верим в то,что черные дыры могут возникать из звезд.
А самый интересный вопрос, что находить внутри самой черной дыры? Как она устроена?
Под действием колоссальной гравитации вся материя сжимается, в одну точку. Вы только представьте триллионы, триллиардов кг. в одной точке. Это получается, что у черной дыры бесконечная плотность, это мы называем сингулярностью.
Любой объект который приблизится к сингулярности, на расстоянии меньше гравитационного радиуса, не сможет совладать с ее огромной гравитацией и неизбежно упадет на нее. То есть получается вокруг сингулярности есть область, вокруг которой нет пути обратно.
Сингулярность черной дыры ограничена, так называемым горизонтом событий, и по сути это и есть границы черной дыры. Интересно, а что будет если человек упадет в черную дыру.
Для начало нужно представить что увидит ваш напарник со стороны, согласно общей теорией относительности, в областях с сильной гравитацией время протекает медленней, относительной областей с небольшой гравитацией.
Поэтому со стороны будет видно, пока вы приближаетесь к горизонту событий, ваша скорость будет уменьшаться вы будете двигаться медленней, пока вообще не застынете около горизонта событий.
Напарник никогда не увидит, как вы пересекаете горизонт событий, потому что с его течением времени, время для вас остановилось. К тому же свет отраженный от вас, будет испытывать все больше красное смещение и тускнеть, потом в конечном итоге вы вообще исчезните, ну с точки зрения напарника.
А что касается вас, то оно будет протекать намного интересней, время будет течь своим чередом, пролетите горизонт событий ничего особенного не заметив, просто напросто обратной дороги уже не будет.
Другое дело что, вы начнете превращаться в спагетти, дело в том что, гравитационное поле вокруг сингулярности не однородное, чем ближе к ней, тем оно сильней.
Получается, что например ваши ноги, будут притягиваться сильнее, чем остальное тело, и вы почувствуете растяжение, оно будет настолько сильным, что разорвет вас еще, до подлета сингулярности.
Ученные решили называть это, не растяжением, а креативным словом "Спагетификация" . А что касается тех атомов которые от вас остались, при попадании на сингулярность, что будет с ними пока не известно.
Опасаться черных дыр не стоит, ведь их во вселенной огромной количество, это и центры галактик и квазары, различные объекты в космосе, и женские сумочки). И находятся они относительно нас, достаточно далеко.
skyjournal.ru
Как работает чёрная дыра » Познавательно-развлекательный блог
Чёрными дырами принято считать области пространства, в которых гравитация настолько сильна, что ни излучение, ни вещество не в состоянии эту область покинуть, - так как для тел, находящихся в поле притяжения этих космических объектов, собственная скорость убегания должна превышать скорость света, что, в принципе, невозможно. Границу области, из-за которой не может прорваться даже свет, называют «горизонтом событий» черной дыры.
Американский физик Джон Арчибальд Уиллер только в 1967 году предложил этому космическому объекту, всё поглощающему и ничего не выпускающему, название «чёрная дыра». Ранее использовались такие обозначения, как «коллапсар» или «застывшая звезда».
Поиском чёрных дыр учёные занимаются уже много десятилетий, но поскольку найти «чёрную кошку в тёмной комнате» не так-то просто, приходится ориентироваться на обычные звёзды и другие космические объекты, взаимодействующие с чёрными дырами, - и по их поведению измерять параметры и отслеживать влияние дыр на окружающее космическое пространство.
Изучать же эти объекты в лабораторных условиях невозможно, потому как для создания чёрной дыры тело с массой в миллионы тонн необходимо сжать до размеров атома. Теоретическое изучение, основанное на общей теории относительности Альберта Эйнштейна, находит многочисленные подтверждения в цифрах и снимках орбитальных телескопов.
Расчёты показывают, что достаточной массой для превращения в чёрные дыры обладают лишь звёзды, чья масса превышает три солнечных, поэтому для начала на них и остановимся. Пока звезда молода и активна, она обладает запасом ядерного топлива. Термоядерные реакции превращения водорода в гелий, затем в углерод (и так далее) поддерживают равновесие звезды, поскольку выделяющееся при этом тепло компенсирует энергетические потери, которые мы понимаем как свет и звёздный ветер. Эти же реакции поддерживают высокое давление внутри звезды, не позволяя ей сжиматься под действием собственного гравитационного поля. Однако проходит несколько миллиардов лет, и в конце звёздной эволюции ядерное топливо начинает истощаться.
В результате её ядро и мантия переживают противоположные процессы: ядро начинает сжиматься, при этом выделяя большое количество тепла, которое нагревает внешнюю оболочку. Звезда теряет свои внешние слои, непомерно расширяющиеся в огненную туманность, разрушающую собственную планетарную систему. Если же речь идёт о сверхновой – то оболочка обычно уничтожается взрывом.
Итак, ядро массивной звезды сжимается и уходит под «горизонт событий», - и если бы мы могли наблюдать за этими метаморфозами в телескоп, то сначала увидели бы, что звезда с увеличивающейся скоростью уменьшается, а свет слабеет и краснеет, что объяснимо потерей фотонами энергии по мере приближения к поверхности гравитационного радиуса, необходимостью преодолевать увеличивающуюся силу тяжести, вследствие чего частицам требуется всё большее количество времени, чтобы добраться до Земли (вернее, было необходимо, - ведь процессы, которые мы наблюдаем, происходилицелую вечность тому назад). Далее мы увидели бы, что сжатие замедляется, и в тот момент, когда оно совсем остановится, визуальное наблюдение новой чёрной дыры становится невозможным.
Но если бы мы могли себе это позволить, и заглянуть за «горизонт событий», то обнаружили бы следующую картину: за короткий промежуток времени вещество ядра сжимается в точку, называемую «сингулярностью». В ней достигаются бесконечно большие значения тяготения и плотности. Английский физик Стивен Хоукинг назвал сингулярность «местом, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени».
Первоначальная звезда могла быть устроена сколь угодно сложно, однако новообразованная чёрная дыра «забывает» всю информацию об исходной модели: форму, химический состав, распределение плотности вещества и др. После сжатия наблюдатель может определить всего три основных параметра: электрический заряд, полную массу и момент импульса, присутствующий в случае, если звезда ранее вращалась.
В последнем случае вокруг черной дыры сохраняется гравитационное поле «вихревого» принципа действия, которое увлекает соседние космические тела во вращательное движение вокруг нее. Это поле получило имя математика Роя Керра, который нашел решение его расчётных уравнений в 1963 году.
Эффект поля Керра усиливается по мере приближения к горизонту чёрной дыры, - тоесть возле неё существует определённая зона космического пространства, с одной стороны ограниченная «горизонтом событий» дыры и ведущей к неминуемой гибели всех объектов в недрах сингулярности, а с другой стороны – чертой, за которой эти объекты не притягиваются и остаются неподвижными относительно далёких звёзд. Эта черта называется «пределом статичности».
В радиусе действия поля Керра, или так называемой «эргосфере», объекты могут двигаться только по орбите вокруг нового центра тяготения, причём в том же направлении, в котором вращается сама дыра. Попав в эргосферу, кванты света или, если уж на то пошло, летательный аппарат всё ещё могут вырваться наружу, унося при этом энергию вращения сверхсистемы, но стационарным космическим телам остаётся скромный удел: водить космический «хоровод» вокруг гиганта и становиться его добычей.
Следуя эйнштейновской общей теории относительности, близи чёрных дыр под действием их гравитационного поля искривляется пространство и время (здесь будет применимо пересечение или разбежность параллельных прямых, замедление часов и все прочие ныне доказанные «легенды» учёного). Для того чтобы представить себе, как ведёт себя время около чёрной дыры, сравним его с земным. Несмотря на то, что наша планета – просто пылинка в сравнении с чёрными дырами, земная гравитация влияет на ход времени на поверхности сильнее, чем на орбите - настолько, что в GPS-навигаторы специально вносят поправки на это различие. Чего же тогда ожидать от объектов с такой чудовищным притяжением и массой, как у чёрных дыр?
Здесь напряженность гравитационного поля настолько велика, что любые физические процессы можно описывать лишь при помощи релятивистской (относительной колебаниям нейтрона) теории тяготения. Одним словом, всё это подводит нас к выводу, что чёрная дыра способна искривлять геометрию пространства и времени вокруг себя, и чем ближе – тем сильнее этот эффект, вплоть до того, что лучи света могут двигаться по её окружности.
Но неужели любая звезда рано или поздно начинает разрушать то, что создавалось с таким трудом под её светом и теплом? Повторимся: это не так. По оценкам экспертов, при умеренной начальной массе звезды ядро может сжиматься, превратиться в маленький и очень плотный белый карлик, или в еще более плотную и совсем крохотную нейтронную звезду, которые затем сохранят устойчивость: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и «битва с гравитацией» будет выиграна.
Поэтому для тех, кто твёрдо намерен прожить ещё пять-семь миллиардов лет, это хорошая новость. Правда, наблюдать за солнечным белым карликом придётся из подземного бункера, так как испаряющаяся мантия перед этим расширится, поглотит Меркурий и Венеру, заодно лишив землю воды и практически полностью – атмосферы. Если же масса звезды превышает три массы Солнца, то уже ничто не в силах остановить ее коллапса, - она уйдёт под горизонт событий и рано или поздно станет новой чёрной дырой.
Согласно расчётам учёных, наша галактика существует двенадцать миллиардов лет, и за это время должно было образоваться несколько десятков миллионов черных дыр, основная масса которых предположительно находится в ядре Млечного Пути, где коллапсировали наиболее массивные древние звёзды.
nauka-prosto.ru
Чёрные Дыры
Чёрные Дыры
Опубликовано 05.03.2012 23:09Вы когда-нибудь видели, как пылесосят пол? Если так, замечали ли вы, как пылесос всасывает пыль и всякий мелкий мусор вроде обрывков бумаги? Конечно, замечали. Чёрные дыры делают примерно то же самое, что и пылесос, но вместо пыли они предпочитают затягивать в себя объекты покрупнее: звёзды и планеты. Впрочем, и космической пылью они не побрезгуют.
Как появляются чёрные дыры?
Чтобы понять, откуда берутся чёрные дыры, неплохо бы знать, что такое давление света. Оказывается, свет, падая на предметы, давит на них. Например, если мы в тёмной комнате зажжём лампочку, то на все освещённые предметы начнёт действовать дополнительная сила давления света. Эта сила очень мала, и в повседневной жизни мы, конечно, никогда не сможем её почувствовать. Причина в том, что лампочка – очень слабый источник света. (В лабораторных условиях давление света лампочки всё-таки можно измерить, впервые это удалось сделать русскому физику П. Н. Лебедеву) Со звёздами дело обстоит иначе. Пока звезда молодая и ярко светит, внутри неё борются три силы. С одной стороны, сила гравитации, которая стремится сжать звезду в точку, тянет внутрь к ядру внешние слои. С другой стороны – сила светового давления и сила давления раскалённого газа, стремящиеся звезду раздуть. Свет, рождённый в ядре звезды, настолько интенсивный, что отталкивает внешние слои звезды и уравновешивает силу гравитации, тянущую их к центру. Когда звезда стареет, её ядро рождает всё меньше и меньше света. Это происходит потому, что за время жизни звезды выгорает весь запас её водорода, мы уже писали об этом. Если звезда очень большая, раз в 20 тяжелее Солнца, то и внешние оболочки у неё очень велики по массе. Поэтому у тяжёлой звезды внешние слои начинают всё сильнее и сильнее приближаться к ядру, вся звезда начинает сжиматься. При этом сила гравитации на поверхности сжимающейся звезды растёт. Чем сильнее сжимается звезда, тем сильнее она начинает притягивать к себе окружающее её вещество. В конце концов, притяжение звезды становится настолько чудовищно сильным, что даже испускаемый ею свет не может от неё улететь. В этот момент звезда и становится чёрной дырой. Она уже ничего не излучает, а лишь поглощает всё, что окажется рядом, в том числе и свет. Ни единого лучика света не исходит от неё, поэтому никто не может её увидеть и поэтому её и называют чёрной дырой: туда всё затягивается, а обратно уже никогда не возвращается.
Как выглядит чёрная дыра?
Если бы мы с вами оказались рядом с чёрной дырой, то увидели бы довольно большой светящийся диск, вращающийся вокруг небольшой, абсолютно чёрной области пространства. Эта чёрная область и есть чёрная дыра. А светящийся диск вокруг неё – это вещество, падающее на чёрную дыру. Такой диск называется аккреционным. Притяжение чёрной дыры очень сильно, поэтому материя, засасываемая внутрь, движется с очень большим ускорением и из-за этого сама начинает излучать. Изучая свет, исходящий из такого диска, астрономы могут многое узнать и о самой чёрной дыре. Ещё одним косвенным признаком существования чёрной дыры является необычное движение звёзд вокруг некой области пространства. Притяжение дыры заставляет близлежащие звёзды двигаться по эллиптическим орбитам. Такие перемещения звёзд тоже регистрируются астрономами. Сейчас внимание учёных приковано к чёрной дыре, находящейся в центре нашей галактики. Дело в том, что к чёрной дыре приближается облако водорода, массой примерно в 3 раза больше Земной. Это облако уже начало менять свою форму из-за гравитации чёрной дыры, в ближайшие годы оно вытянется ещё больше и будет затянуто внутрь чёрной дыры.
Процессы, происходящие внутри чёрной дыры, мы никогда не сможем увидеть, поэтому остаётся довольствоваться наблюдениями за диском вокруг чёрной дыры. Но и здесь нас ждёт очень много интересного. Пожалуй, самое интересное явление - образование сверхбыстрых струй вещества, вылетающих из центра этого диска. Механизм этого явления ещё предстоит выяснить, и, вполне возможно, теорию образования таких струй создаст кто-нибудь из вас. А пока что мы можем лишь регистрировать рентгеновские вспышки, сопровождающие такие «выстрелы».
На этом видео показано, как чёрная дыра постепенно захватывает вещество находящейся рядом звезды. При этом вокруг чёрной дыры образуется аккреционный диск, и часть его вещества выбрасывается в космос с огромными скоростями. При этом генерируется большое количество рентгеновского излучения, которое улавливает спутник, движущийся вокруг Земли.
Как устроена чёрная дыра?
Чёрную дыру можно разделить на три основных части. Внешнюю часть, находясь в которой ещё можно избежать падения на чёрную дыру, если двигаться с очень большой скоростью. Глубже внешней части идёт горизонт событий – это воображаемая граница, перейдя которую, тело теряет всякую надежду на возвращение из чёрной дыры. Всё, что находится за горизонтом событий, нельзя увидеть снаружи, потому что из-за сильной гравитации даже свет, двигаясь изнутри, не сможет вылететь за его пределы. Считается, что в самом центре чёрной дыры находится сингулярность - область пространства крошечного объёма, в которой сосредоточена огромная масса – сердце чёрной дыры.
Можно ли подлететь к чёрной дыре?
На большом расстоянии притяжение чёрной дыры точно такое же, как и притяжение самой обыкновенной звезды с той же массой, что и масса чёрной дыры. По мере приближения к горизонту событий притяжение будет возрастать всё сильнее и сильнее. Поэтому подлететь к чёрной дыре можно, но лучше всё-таки держаться от неё подальше, чтобы можно было вернуться обратно. Астрономам приходилось наблюдать, как чёрная дыра засасывала внутрь оказавшуюся рядом звезду. Как это выглядело можно посмотреть на этом видео:
Превратится ли наше Солнце в чёрную дыру?
Нет, не превратится. Масса Солнца слишком мала для этого. Расчёты показывают, что для того чтобы стать чёрной дырой, звезда должна быть массивнее Солнца хотя бы в 4 раза. Вместо этого Солнце превратится в красного гиганта и раздуется примерно до размеров орбиты Земли, а затем сбросит внешнюю оболочку и станет белым карликом. Об эволюции Солнца мы ещё обязательно расскажем.
www.spacegiraffe.ru
Заглянуть во тьму: как устроена черная дыра. Фото | Технологии
О том, как выглядит черная дыра в представлении физиков-теоретиков, можно узнать из фильма «Интерстеллар»: картинку для фильма помогал разрабатывать нобелевский лауреат Кип Торн. Согласно этому представлению, дыру окружает диск из падающего на нее газа. Газ вращается вокруг дыры, разгоняясь при этом до огромных скоростей, и излучает огромную энергию (это, видимо, самый эффективный способ преобразования материи в энергию, существующий во Вселенной). Излучение этого газа столь мощно, что земные астрономы способны фиксировать его, даже если черная дыра находится от нас на расстоянии в миллиарды световых лет. Подобные объекты известны с середины ХХ века и получили название квазаров.
Отчего-то было принято считать, что вокруг черной дыры образуется всего один диск из падающего газа («диск аккреции»), причем ось его вращения совпадает с осью вращения самой черной дыры. Однако такая картина выглядит упрощенной. Оси вращения в системах небесных тел, вообще говоря, не обязаны быть параллельны. К примеру, ось вращения Земли не параллельна оси ее орбиты, и из-за этого мы имеем шанс наслаждаться таким захватывающим явлением, как смена времен года. Возможно, в случае черных дыр несовпадение осей вращения тоже способно породить много интересных явлений. Именно такой случай и наблюдали британские астрономы.
Их внимание привлекла галактика PG211+143, находящаяся примерно в миллиарде световых лет от нас в созвездии Волосы Вероники (его можно найти в северном небе между Девой и Большой Медведицей). В ее центре находится черная дыра в 40 млн солнечных масс. Наблюдали ее с помощью рентгеновской обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства.
Спектр излучения газа свидетельствовал, что он падает на дыру почти отвесно, практически не вращаясь. При этом скорость его падения достигает трети скорости света — 100 000 километров в секунду. Исследователи в течение суток наблюдали за судьбой одного сгустка материи размером примерно с нашу планету, который за это время приблизился к черной дыре на беспрецедентно малое расстояние — всего в 20 раз больше, чем радиус горизонта.
О том, что чего-то в этом роде следовало ожидать, астрономы заранее знали из результатов компьютерной симуляции, проведенной на суперкомпьютере Dirac учеными из того же университета Лестера. Исследователи пытались понять, как будут взаимодействовать между собой несколько дисков аккреции, при условии что газ приближается к черной дыре по произвольным траекториям. Установлено, что взаимодействие образующихся при этом дисков и колец приведет к тому, что вращение будет тормозиться, а падение на дыру значительно ускорится.
Астрономы полагают, что подобная ситуация может быть довольно типична для черных дыр, находящихся в центрах галактик. В этом случае следует ожидать, что они будут вращаться сравнительно медленно, зато смогут заглатывать материю с очень высокой скоростью. Это может быть ответом на давний вопрос: каким образом сверхмассивные черные дыры успели набрать свою массу.
К той же проблеме с другой стороны подошли исследователи из Джорджии, проведя компьютерную симуляцию образования черной дыры путем «прямого коллапса» (то есть непосредственно из облака газа в момент образования галактики). Результаты опубликованы в Nature на этой неделе. Если верить суперкомпьютеру, в ходе этого процесса происходит много интересного, в том числе активное образование звезд в облаке коллапсирующего газа. Этот процесс мог происходить на ранних стадиях существования Вселенной, а это значит, что наблюдать нечто подобное можно лишь в галактиках, находящихся во многих миллиардах световых лет от нашей. Такую возможность астрономам даст космический телескоп James Webb, запуск которого намечен на 2021 год. На это событие и нацелена работа ученых из Джорджии: их симуляция призвана выявить характерные черты («подписи», или «сигнатуры») подобных объектов, чтобы астрономы, зафиксировав нечто подобное, сразу поняли, с чем имеют дело.
Итогом этих недавних научных работ стало более глубокое понимание того, насколько сложным объектом может оказаться черная дыра. Благодаря открытиям астрофизиков теперь совсем не обязательно лично падать в черную дыру, чтобы познакомиться с ее устройством. А если нечто подобное все-таки с вами случится, вы будете лучше подготовлены к тому, что вам предстоит увидеть.
www.forbes.ru
Как работает чёрная дыра?: my19edwin
Чёрными дырами принято считать области пространства, в которых гравитация настолько сильна, что ни излучение, ни вещество не в состоянии эту область покинуть, - так как для тел, находящихся в поле притяжения этих космических объектов, собственная скорость убегания должна превышать скорость света, что, в принципе, невозможно. Границу области, из-за которой не может прорваться даже свет, называют «горизонтом событий» черной дыры.
Американский физик Джон Арчибальд Уиллер только в 1967 году предложил этому космическому объекту, всё поглощающему и ничего не выпускающему, название «чёрная дыра». Ранее использовались такие обозначения, как «коллапсар» или «застывшая звезда».
Поиском чёрных дыр учёные занимаются уже много десятилетий, но поскольку найти «чёрную кошку в тёмной комнате» не так-то просто, приходится ориентироваться на обычные звёзды и другие космические объекты, взаимодействующие с чёрными дырами, - и по их поведению измерять параметры и отслеживать влияние дыр на окружающее космическое пространство. Изучать же эти объекты в лабораторных условиях невозможно, потому как для создания чёрной дыры тело с массой в миллионы тонн необходимо сжать до размеров атома. Теоретическое изучение, основанное на общей теории относительности Альберта Эйнштейна, находит многочисленные подтверждения в цифрах и снимках орбитальных телескопов.
Расчёты показывают, что достаточной массой для превращения в чёрные дыры обладают лишь звёзды, чья масса превышает три солнечных, поэтому для начала на них и остановимся. Пока звезда молода и активна, она обладает запасом ядерного топлива. Термоядерные реакции превращения водорода в гелий, затем в углерод (и так далее) поддерживают равновесие звезды, поскольку выделяющееся при этом тепло компенсирует энергетические потери, которые мы понимаем как свет и звёздный ветер. Эти же реакции поддерживают высокое давление внутри звезды, не позволяя ей сжиматься под действием собственного гравитационного поля. Однако проходит несколько миллиардов лет, и в конце звёздной эволюции ядерное топливо начинает истощаться. В результате её ядро и мантия переживают противоположные процессы: ядро начинает сжиматься, при этом выделяя большое количество тепла, которое нагревает внешнюю оболочку. Звезда теряет свои внешние слои, непомерно расширяющиеся в огненную туманность, разрушающую собственную планетарную систему. Если же речь идёт о сверхновой – то оболочка обычно уничтожается взрывом.
Итак, ядро массивной звезды сжимается и уходит под «горизонт событий», - и если бы мы могли наблюдать за этими метаморфозами в телескоп, то сначала увидели бы, что звезда с увеличивающейся скоростью уменьшается, а свет слабеет и краснеет, что объяснимо потерей фотонами энергии по мере приближения к поверхности гравитационного радиуса, необходимостью преодолевать увеличивающуюся силу тяжести, вследствие чего частицам требуется всё большее количество времени, чтобы добраться до Земли (вернее, было необходимо, - ведь процессы, которые мы наблюдаем, происходилицелую вечность тому назад). Далее мы увидели бы, что сжатие замедляется, и в тот момент, когда оно совсем остановится, визуальное наблюдение новой чёрной дыры становится невозможным.
Но если бы мы могли себе это позволить, и заглянуть за «горизонт событий», то обнаружили бы следующую картину: за короткий промежуток времени вещество ядра сжимается в точку, называемую «сингулярностью». В ней достигаются бесконечно большие значения тяготения и плотности. Английский физик Стивен Хоукинг назвал сингулярность «местом, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени». Первоначальная звезда могла быть устроена сколь угодно сложно, однако новообразованная чёрная дыра «забывает» всю информацию об исходной модели: форму, химический состав, распределение плотности вещества и др. После сжатия наблюдатель может определить всего три основных параметра: электрический заряд, полную массу и момент импульса, присутствующий в случае, если звезда ранее вращалась. В последнем случае вокруг черной дыры сохраняется гравитационное поле «вихревого» принципа действия, которое увлекает соседние космические тела во вращательное движение вокруг нее. Это поле получило имя математика Роя Керра, который нашел решение его расчётных уравнений в 1963 году.
Эффект поля Керра усиливается по мере приближения к горизонту чёрной дыры, - тоесть возле неё существует определённая зона космического пространства, с одной стороны ограниченная «горизонтом событий» дыры и ведущей к неминуемой гибели всех объектов в недрах сингулярности, а с другой стороны – чертой, за которой эти объекты не притягиваются и остаются неподвижными относительно далёких звёзд. Эта черта называется «пределом статичности». В радиусе действия поля Керра, или так называемой «эргосфере», объекты могут двигаться только по орбите вокруг нового центра тяготения, причём в том же направлении, в котором вращается сама дыра. Попав в эргосферу, кванты света или, если уж на то пошло, летательный аппарат всё ещё могут вырваться наружу, унося при этом энергию вращения сверхсистемы, но стационарным космическим телам остаётся скромный удел: водить космический «хоровод» вокруг гиганта и становиться его добычей.
Следуя эйнштейновской общей теории относительности, близи чёрных дыр под действием их гравитационного поля искривляется пространство и время (здесь будет применимо пересечение или разбежность параллельных прямых, замедление часов и все прочие ныне доказанные «легенды» учёного). Для того чтобы представить себе, как ведёт себя время около чёрной дыры, сравним его с земным. Несмотря на то, что наша планета – просто пылинка в сравнении с чёрными дырами, земная гравитация влияет на ход времени на поверхности сильнее, чем на орбите - настолько, что в GPS-навигаторы специально вносят поправки на это различие. Чего же тогда ожидать от объектов с такой чудовищным притяжением и массой, как у чёрных дыр? Здесь напряженность гравитационного поля настолько велика, что любые физические процессы можно описывать лишь при помощи релятивистской (относительной колебаниям нейтрона) теории тяготения. Одним словом, всё это подводит нас к выводу, что чёрная дыра способна искривлять геометрию пространства и времени вокруг себя, и чем ближе – тем сильнее этот эффект, вплоть до того, что лучи света могут двигаться по её окружности.
Но неужели любая звезда рано или поздно начинает разрушать то, что создавалось с таким трудом под её светом и теплом? Повторимся: это не так. По оценкам экспертов, при умеренной начальной массе звезды ядро может сжиматься, превратиться в маленький и очень плотный белый карлик, или в еще более плотную и совсем крохотную нейтронную звезду, которые затем сохранят устойчивость: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и «битва с гравитацией» будет выиграна. Поэтому для тех, кто твёрдо намерен прожить ещё пять-семь миллиардов лет, это хорошая новость. Правда, наблюдать за солнечным белым карликом придётся из подземного бункера, так как испаряющаяся мантия перед этим расширится, поглотит Меркурий и Венеру, заодно лишив землю воды и практически полностью – атмосферы. Если же масса звезды превышает три массы Солнца, то уже ничто не в силах остановить ее коллапса, - она уйдёт под горизонт событий и рано или поздно станет новой чёрной дырой. Согласно расчётам учёных, наша галактика существует двенадцать миллиардов лет, и за это время должно было образоваться несколько десятков миллионов черных дыр, основная масса которых предположительно находится в ядре Млечного Пути, где коллапсировали наиболее массивные древние звёзды.
Опубликовано: http://howitworks.iknowit.ru/paper1210.html
P.S. - Нелепая мысль человека, смотревшего в своей жизни слишком много фантастики: а что, если в зоне сингулярости время замедляется до бесконечности? И то,что нам кажется гибелью звёздных систем - просто новое качество их жизни? Не поймёшь их, эти законы космоса:)
my19edwin.livejournal.com
Черные дыры. Как они образуются и как выглядят
«Самое удивительное открытие: черные дыры не совершенно черные!.. Частицы и излучение могут просочиться из черной дыры..» Стивен Хокинг
Черные дыры — пожалуй, самые странные и при этом самые жуткие объекты во Вселенной. Они известны своей прожорливостью: все, что находится поблизости, затягивается внутрь этих образований и уже никогда не выходит обратно.
Очень тяжелая пустота
Приблизительно так выглядит черная дыра. Сама черная дыра невидима, ведь ее не может покинуть даже свет. О ее существовании астрономы могут догадаться по поведению близлежащих объектов: вращению газа, ускоренному движению звезд
По самой популярной на сегодня версии, черные дыры образуются на месте массивных звезд. Когда энергия термоядерного синтеза, питающая звезду, подходит к концу, а масса при этом остается неизменной, звезда начинает сжиматься. Она сжимается до такой степени, что как бы выворачивается наизнанку, — так появляется черная дыра. Можно сказать, что черная дыра — это пустое место с огромной массой. И эта массивная пустота затягивает в себя все, до чего может дотянуться.
Черная дыра и белый карлик
В черную дыру могут провалиться не то что планеты и звезды, но даже целые звездные системы, если речь идет о сверхмассивных черных дырах. Одна из таких черных дыр, по расчетам ученых, находится в центре нашей галактики. Она называется Стрелец A*, ее радиус составляет 45 астрономических единиц (около 6730 миллионов километров).
Такая черная дыра не могла образоваться на месте звезды, даже самой массивной. Считается, что сверхмассивные черные дыры, которые располагаются обычно в центре галактик, образовались в результате катастрофического сжатия больших газовых облаков.
Существует еще одна разновидность черных дыр — самые старые из этих объектов, которые называются первичными. Они образовались в момент зарождения Вселенной, во времена Большого взрыва, и сохранились до сих пор.
Почему черные дыры работают, как пылесосы, затягивая в себя все, что находится поблизости? Все дело в их огромной массе. Чтобы преодолеть силу притяжения черной дыры, объект должен развить скорость, превышающую скорость света, а это в нашей Вселенной, как известно, невозможно.
Не так давно известный физик Стивен Хокинг высказал гипотезу, что некоторые частицы все же могут преодолевать притяжение черных дыр, испаряться с их поверхности. Таким образом черная дыра уменьшается и со временем может испариться полностью. Получается, что черные дыры не вечны, правда, их «умирание» происходит очень медленно.
Существование черных дыр предсказал Джон Мичелл, английский священник и естествоиспытатель. Он рассчитал, что космическое тело с радиусом в 500 раз больше нашего Солнца и с такой же плотностью будет невидимым, а свет не сможет его покинуть. Это было еще в 1784 году!Может быть, это портал?
Внутри черной дыры не действуют привычные нам физические законы. Время там растягивается или вовсе останавливается, то же самое происходит с пространством. Если бы мы могли наблюдать за погружением в черную дыру какого-нибудь объекта, например космического корабля, то нам бы казалось, что, приближаясь к ее границе, он замедляет свое движение, а потом полностью останавливается. Мы бы не увидели падения, которое уже произошло в реальности. А если бы на поверхности этого корабля находились часы, то они бы для нас остановились. Хотя время для наблюдателей, находящихся внутри корабля, шло бы как обычно. Все эти парадоксы следуют из общей теории относительности, разработанной Эйнштейном.
Граница черной дыры, попав за которую уже невозможно выбраться, называется горизонтом событий. Попав за этот горизонт, объект затягивается в центр черной дыры, попутно вытягиваясь в пространстве, и со временем полностью исчезает. Во всяком случае, из нашей Вселенной. По предположению некоторых ученых, черные дыры — это что-то вроде тоннеля в другое измерение. На другом конце этого тоннеля находится так называемая белая дыра, которая действует противоположно черной — выбрасывает из себя энергию и материю. Правда, эта интересная теория пока не имеет доказательств.
Наше Солнце превратиться в черную дыру не может, у него для этого недостаточно массы. Поэтому со временем оно станет красным гигантом, а еще позже — белым карликом. Вот если бы его масса была в три раза больше, то его ждала бы участь поглощающего всё монстраПоделиться ссылкой
sitekid.ru
