Черные дыры

Черные дыры являются пожалуй столь же малоизученными сколь и популярными объектами во Вселенной. Многие писатели фантасты используют образ черный дыры как огромного «пылесоса» в глубинах Вселенной, стремящегося поглотить все что находится поблизости. Давайте же попробуем взглянуть на черную дыру с научной точки зрения.

Впервые идея подобном объекте пришла в голову английскому священнику Джону Мичеллу в далеком 1784 году. Идея состояла в том, что для тела с радиусом в 280,3 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света. Таким образом, свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым. Однако, всерьез черные дыры стали обсуждаться только с появлением теории относительно Эйнштейна в начале 20 века.

В этой статье мы не будем приводить сложных математических формул, ограничившись только формулой для радиуса Шварцшильда:
Объекты во вселенной
где G — гравитационная постоянная, а c — скорость света. Чёрная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда в 9 миллиметров (то есть Земля могла бы стать чёрной дырой, если бы кто-либо смог сжать её до такого размера). Для Солнца радиус Шварцшильда составляет примерно 3 километра.Черные дыры

Две важнейшие черты, присущие чёрным дырам — это наличие горизонта событий и сингулярности, которая отделена этим горизонтом от остальной вселенной.

Горизонт событий находится на радиусе Шварцшильда, он ограничивает пространство внутри черной дыры. Информация о любом событии произошедший за горизонтом событий внутри черной дыры не может пересечь горизонт событий.Черные дыры

Сингулярность, это область внутри черной дыры, там, где решения уравнений гравитации не имеют четких физических интерпретаций. Другими словами, ученые, опираясь на весь свой накопленный опыт, еще не в состоянии дать внятный ответ на вопрос: что происходит в черной дыре?.

Несмотря на это, решения уравнений специальной теории относительности дают ответ на не менее интересный вопрос: как происходит падение в черную дыру. Для наблюдателя внутри космического корабля взявшего курс на черную дыру его скорость относительно черной дыры будет увеличиваться вплоть до скорости света.Черные дыры

Для наблюдателя, находящегося далеко от черной дыры на своем наблюдательном пункте картина будет совершенно иной. По мере приближения космического корабля к черной дыре информация от него на наблюдательный пункт будет приходить все с большим запаздыванием. С точки зрения наблюдательного пункта, скорость корабля будет постепенно уменьшаться по мере приближения к горизонту событий. Для того, чтобы преодолеть горизонт событий и скрыться с радаров, по часам наблюдательного пункта потребуется бесконечное время.

Вернемся к пилоту космического корабля. По его собственный часам ему потребуется довольно небольшое время до преодоления горизонта событий. Однако, ему как целому не суждено будет застать этого события. Дело в том, что по мере приближения к черной дыре, будет увеличиваться ускорение свободного падения. Также будет расти его неоднородность. Вблизи горизонта событий она может достигнуть такой величины, что будет способна только разломать корабль на части, но и разорвать молекулы на атомы.

Поясним термин неоднородность в данном случае. Представьте, что мы падаем ногами вниз на черную дыру. Тогда на ноги, например, будет действовать ускорение 100 метров на квадратную секунду, а на голову только 50 — ощущения будут не очень приятными. На Земле такая неоднородность тоже есть, но она настолько мала, что ее никто не ощущает. Разница ускорений свободного падения для ног и для головы, аналогично приведенному примеру, на Земле составляет менее 1 миллионной метра в секунду.

Существует теоретическое рассмотрение различных видов черных дыр, зараженный и не зараженных, вращающихся и не вращающихся. Однако, на данный момент экспериментально данный объект остается почти неизученным. В ходе астрономических наблюдений второй половины ХХ века астрономы обнаружили довольно много объектов, в той или иной мере проявляющие себя как черные дыры. Такими объектами, например, являются некоторые квазары и ядра некоторых Галактик

По современным представлениям, существует четыре способа образования черной дыры:

  • Гравитационный коллапс достаточно массивной звезды на конечном этапе её эволюции.
  • Коллапс центральной части Галактики. Например, в центре нашей Галактики находится чёрная дыра Стрелец A* массой 3,7 солнечных масс. Этот способ схож с предыдущим, с той лишь разницей, что звезда не образуется, как это обычно бывает при гравитационном сжатии межзвездного газа. Масса газа настолько велика, что сжатие идет сразу до образования черной дыры.
  • Формирование чёрных дыр в момент Большого взрыва, в результате флуктуаций гравитационного поля или материи.
  • Возникновение чёрных дыр в ядерных реакциях при высоких энергий — квантовые чёрные дыры.

Черные дыры настолько сложный и таинственный объект, что ученые еще не мало лет будут ломать голову в попытках понять его природу.

 

Автор статьи:
Михаил Карневский

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *