Stanje svemira u središtu crne rupe. Crna rupa. Što je unutar crne rupe? Vrste crnih rupa

Crne rupe su možda najmisteriozniji i najzagonetniji astronomski objekti u našem svemiru, od svog otkrića privlače pažnju znanstvenika i raspaljuju maštu pisaca znanstvene fantastike. Što su crne rupe i što one predstavljaju? Crne rupe su izumrle zvijezde koje zbog svojih fizičkih karakteristika imaju tako veliku gustoću i tako snažnu gravitaciju da ni svjetlost ne može pobjeći izvan njih.

Povijest otkrića crnih rupa

Prvi put je teoretsko postojanje crnih rupa, davno prije njihovog stvarnog otkrića, sugerirao izvjesni D. Michel (engleski svećenik iz Yorkshirea, koji se u slobodno vrijeme bavi astronomijom) davne 1783. godine. Prema njegovim proračunima, ako našu uzmemo i sabijemo (modernim računalnim jezikom, arhiviramo) na radijus od 3 km, stvorit će se tako velika (naprosto enormna) gravitacijska sila da je ni svjetlost neće moći napustiti . Tako se pojavio pojam “crna rupa”, iako ona zapravo uopće nije crna, po našem mišljenju bi prikladniji bio termin “tamna rupa” jer dolazi upravo do odsustva svjetlosti.

Kasnije, 1918. godine, veliki znanstvenik Albert Einstein pisao je o problemu crnih rupa u kontekstu teorije relativnosti. Ali tek je 1967. godine, naporima američkog astrofizičara Johna Wheelera, koncept crnih rupa konačno osvojio mjesto u akademskim krugovima.

Bilo kako bilo, D. Michel, Albert Einstein i John Wheeler u svojim su radovima pretpostavljali samo teoretsko postojanje ovih tajanstvenih nebeskih objekata u svemiru, no pravo otkriće crnih rupa dogodilo se 1971. godine, tada su oni prvi put su primijećeni teleskopom.

Ovako izgleda crna rupa.

Kako nastaju crne rupe u svemiru

Kao što znamo iz astrofizike, sve zvijezde (uključujući naše Sunce) imaju ograničenu zalihu goriva. I premda život zvijezde može trajati milijardama godina, prije ili kasnije ova uvjetna opskrba gorivom dolazi kraju i zvijezda se "ugasi". Proces "blijeđenja" zvijezde popraćen je intenzivnim reakcijama, tijekom kojih zvijezda prolazi kroz značajnu transformaciju i, ovisno o veličini, može se pretvoriti u bijelog patuljka, neutronsku zvijezdu ili crnu rupu. Štoviše, najveće zvijezde, nevjerojatno impresivnih veličina, obično se pretvaraju u crnu rupu - zbog kompresije tih najnevjerojatnijih veličina, dolazi do višestrukog povećanja mase i gravitacijske sile novonastale crne rupe, koja se pretvara u vrsta galaktičkog usisavača - upija sve i svakoga oko sebe.

Crna rupa proguta zvijezdu.

Mala napomena - naše Sunce, prema galaktičkim standardima, uopće nije velika zvijezda i nakon njegovog izumiranja, koje će se dogoditi za otprilike nekoliko milijardi godina, najvjerojatnije se neće pretvoriti u crnu rupu.

Ali budimo iskreni s vama - danas znanstvenici još ne znaju sve zamršenosti nastanka crne rupe; bez sumnje, ovo je izuzetno složen astrofizički proces, koji sam po sebi može trajati milijunima godina. Iako je moguće napredovati u tom smjeru moglo bi biti otkriće i kasnije proučavanje takozvanih intermedijarnih crnih rupa, odnosno zvijezda u stanju izumiranja, u kojima se odvija aktivni proces stvaranja crnih rupa. Inače, sličnu zvijezdu astronomi su otkrili 2014. godine u kraku spiralne galaksije.

Koliko ima crnih rupa u svemiru?

Prema teorijama modernih znanstvenika, u našoj galaksiji Mliječni put moglo bi postojati do stotine milijuna crnih rupa. Možda ih nema ništa manje ni u susjednoj nam galaksiji, do koje se nema čime letjeti iz naše Mliječne staze - 2,5 milijuna svjetlosnih godina.

Teorija crne rupe

Unatoč enormnoj masi (koja je stotinama tisuća puta veća od mase našeg Sunca) i nevjerojatnoj snazi ​​gravitacije, nije bilo lako vidjeti crne rupe kroz teleskop, jer one uopće ne emitiraju svjetlost. Znanstvenici su uspjeli primijetiti crnu rupu samo u trenutku njezina "obroka" - apsorpcije druge zvijezde, u ovom trenutku pojavljuje se karakteristično zračenje, koje se već može promatrati. Tako je teorija crne rupe našla stvarnu potvrdu.

Svojstva crnih rupa

Glavno svojstvo crne rupe su nevjerojatna gravitacijska polja koja ne dopuštaju okolnom prostoru i vremenu da ostanu u svom uobičajenom stanju. Da, dobro ste čuli, vrijeme unutar crne rupe prolazi višestruko sporije nego inače, a da ste bili tamo, onda biste se, kad biste se vratili (da ste imali sreće, naravno), iznenadili primijetivši da su prošla stoljeća na Zemlji, a nisi ni ostario uspio na vrijeme. Iako, budimo iskreni, da ste unutar crne rupe, teško da biste preživjeli, jer je tamo sila gravitacije tolika da bi bilo koji materijalni objekt jednostavno bio raskomadan, čak ni na komadiće, na atome.

Ali da ste čak i blizu crne rupe, pod utjecajem njezina gravitacijskog polja, također biste se teško snašli, jer što se više opirete njezinoj gravitaciji, pokušavajući odletjeti, to biste brže upali u nju. Razlog za ovaj naizgled paradoks je gravitacijsko vrtložno polje koje posjeduju sve crne rupe.

Što ako osoba upadne u crnu rupu

Isparavanje crnih rupa

Engleski astronom S. Hawking otkrio je zanimljivu činjenicu: čini se da i crne rupe emitiraju . Istina, ovo se odnosi samo na rupe relativno male mase. Snažna gravitacija oko njih rađa parove čestica i antičestica, jednu od para uvlači rupa, a drugu izbacuje van. Dakle, crna rupa emitira tvrde antičestice i gama-zrake. Ovo isparavanje ili zračenje crne rupe nazvano je po znanstveniku koji ju je otkrio - “Hawkingovo zračenje”.

Najveća crna rupa

Prema teoriji crnih rupa, u središtu gotovo svih galaksija nalaze se ogromne crne rupe s masama od nekoliko milijuna do nekoliko milijardi solarnih masa. I relativno nedavno, znanstvenici su otkrili dvije najveće crne rupe poznate do danas; one se nalaze u dvije obližnje galaksije: NGC 3842 i NGC 4849.

NGC 3842 je najsjajnija galaksija u zviježđu Lava, udaljena od nas 320 milijuna svjetlosnih godina. U središtu se nalazi ogromna crna rupa teška 9,7 milijardi solarnih masa.

NGC 4849, galaksija u skupu Coma, udaljena 335 milijuna svjetlosnih godina, može se pohvaliti jednako impresivnom crnom rupom.

Gravitacijsko polje ovih divovskih crnih rupa, ili akademskim rječnikom, njihov horizont događaja, približno je 5 puta udaljeniji od Sunca do ! Takva crna rupa bi pojela naš solarni sustav i ne bi se čak ni ugušila.

Najmanja crna rupa

Ali u velikoj obitelji crnih rupa postoje i vrlo mali predstavnici. Dakle, najveća patuljasta crna rupa koju su znanstvenici do sada otkrili ima samo 3 puta veću masu od našeg Sunca. Zapravo, to je teoretski minimum potreban za nastanak crne rupe; da je ta zvijezda malo manja, rupa ne bi nastala.

Crne rupe su kanibali

Da, postoji takav fenomen, kao što smo gore napisali, crne rupe su vrsta "galaktičkih usisavača" koji upijaju sve oko sebe, uključujući ... druge crne rupe. Nedavno su astronomi otkrili da crnu rupu iz jedne galaksije jede još veći crni proždrljivac iz druge galaksije.

• Prema hipotezama nekih znanstvenika, crne rupe nisu samo galaktički usisavači koji sve usisavaju u sebe, već pod određenim okolnostima i same mogu rađati nove svemire.
• Crne rupe mogu ispariti tijekom vremena. Gore smo napisali da je engleski znanstvenik Stephen Hawking otkrio da crne rupe imaju svojstvo zračenja i nakon nekog jako dugog vremenskog perioda, kada okolo više nema ništa što bi moglo apsorbirati, crna rupa će početi više isparavati, sve dok s vremenom ne počne svu svoju masu u okolni prostor. Iako je to samo pretpostavka, hipoteza.
• Crne rupe usporavaju vrijeme i savijaju prostor. Već smo pisali o vremenskoj dilataciji, ali i prostor će u uvjetima crne rupe biti potpuno zakrivljen.
• Crne rupe ograničavaju broj zvijezda u svemiru. Naime, njihova gravitacijska polja sprječavaju hlađenje oblaka plina u svemiru iz kojih se, kao što je poznato, rađaju nove zvijezde.

Crne rupe na Discovery Channelu, video

I za kraj, nudimo vam zanimljiv znanstveni dokumentarac o crnim rupama Discovery Channela

Unatoč golemim dostignućima na području fizike i astronomije, postoje mnogi fenomeni čija bit nije do kraja razotkrivena. Takvi fenomeni uključuju misteriozne crne rupe, sve informacije o kojima su samo teoretske i ne mogu se provjeriti na praktičan način.

Postoje li crne rupe?

Čak i prije pojave teorije relativnosti, astronomi su predložili teoriju o postojanju crnih lijevaka. Nakon objave Einsteinove teorije revidirano je pitanje gravitacije i pojavile su se nove pretpostavke u problemu crnih rupa. Nerealno je vidjeti ovaj kozmički objekt, jer apsorbira svu svjetlost koja ulazi u njegov prostor. Znanstvenici dokazuju postojanje crnih rupa na temelju analize kretanja međuzvjezdanog plina i putanje zvijezda.

Formiranje crnih rupa dovodi do promjena u prostorno-vremenskim karakteristikama oko njih. Vrijeme kao da se sabija pod utjecajem ogromne gravitacije i usporava. Zvijezde koje se nađu na putu crnog lijevka mogu skrenuti sa svoje rute, pa čak i promijeniti smjer. Crne rupe apsorbiraju energiju svoje zvijezde blizanke, što se također manifestira.

Kako izgleda crna rupa?

Informacije o crnim rupama uglavnom su hipotetske. Znanstvenici ih proučavaju zbog utjecaja na prostor i zračenje. Nije moguće vidjeti crne rupe u svemiru, jer one apsorbiraju svu svjetlost koja ulazi u obližnji svemir. Rendgenska slika crnih objekata snimljena je s posebnih satelita, a prikazuje svijetlo središte koje je izvor zraka.

Kako nastaju crne rupe?

Crna rupa u svemiru je zaseban svijet koji ima svoje jedinstvene karakteristike i svojstva. Svojstva kozmičkih rupa određena su razlozima njihove pojave. Što se tiče izgleda crnih predmeta, postoje sljedeće teorije:

1. Oni su rezultat kolapsa koji se događaju u svemiru. To bi mogao biti sudar velikih kozmičkih tijela ili eksplozija supernove.
2. Nastaju zbog težine svemirskih objekata uz zadržavanje njihove veličine. Razlog ove pojave nije utvrđen.

Crni lijevak je objekt u svemiru koji je relativno male veličine, ali ima ogromnu masu. Teorija crne rupe kaže da svaki kozmički objekt potencijalno može postati crni lijevak ako zbog nekih pojava izgubi svoju veličinu, ali zadrži svoju masu. Znanstvenici čak govore o postojanju mnogih crnih mikrorupa - minijaturnih svemirskih objekata s relativno velikom masom. Taj nesklad između mase i veličine dovodi do povećanja gravitacijskog polja i pojave snažnog privlačenja.

Što je u crnoj rupi?

Crni misteriozni objekt samo se s velikom nategom može nazvati rupom. Središte ovog fenomena je kozmičko tijelo s povećanom gravitacijom. Rezultat takve gravitacije je snažno privlačenje površine ovog kozmičkog tijela. U tom slučaju nastaje vrtložni tok u kojem se vrte plinovi i zrnca kozmičke prašine. Stoga je ispravnije crnu rupu nazvati crnim lijevkom.

U praksi je nemoguće otkriti što se nalazi unutar crne rupe, jer razina gravitacije kozmičkog vrtloga ne dopušta niti jednom objektu da pobjegne iz svoje zone utjecaja. Prema znanstvenicima, unutar crne rupe vlada potpuni mrak, jer svjetlosni kvanti nepovratno nestaju u njoj. Pretpostavlja se da su prostor i vrijeme iskrivljeni unutar crnog lijevka; zakoni fizike i geometrije tu ne vrijede. Takve karakteristike crnih rupa bi vjerojatno mogle dovesti do stvaranja antimaterije, što je trenutno nepoznato znanstvenicima.

Zašto su crne rupe opasne?

Crne rupe se ponekad opisuju kao objekti koji apsorbiraju okolne objekte, zračenje i čestice. Ova ideja je netočna: svojstva crne rupe dopuštaju joj da apsorbira samo ono što spada u njezinu zonu utjecaja. Može apsorbirati kozmičke mikročestice i zračenje koje proizlazi iz zvijezda blizanaca. Čak i ako je planet blizu crne rupe, neće biti apsorbiran, već će se nastaviti kretati u svojoj orbiti.

Što se događa ako upadnete u crnu rupu?

Svojstva crnih rupa ovise o jakosti gravitacijskog polja. Crni lijevci privlače sve što dođe u njihovu zonu utjecaja. U tom slučaju mijenjaju se prostorno-vremenske karakteristike. Znanstvenici koji proučavaju sve crne rupe ne slažu se oko toga što se događa s objektima u ovom vrtlogu:

• neki znanstvenici sugeriraju da su svi predmeti koji padaju u te rupe rastegnuti ili rastrgani na komade i nemaju vremena doći do površine privlačnog objekta;
• drugi znanstvenici tvrde da su u rupama sve uobičajene karakteristike iskrivljene, pa se čini da objekti tamo nestaju u vremenu i prostoru. Zbog toga se crne rupe ponekad nazivaju pristupnicima u druge svjetove.

Vrste crnih rupa

Crni lijevci se dijele na vrste prema načinu nastanka:

1. Crni objekti zvjezdane mase rađaju se na kraju života nekih zvijezda. Potpuno izgaranje zvijezde i završetak termonuklearnih reakcija dovodi do kompresije zvijezde. Ako zvijezda doživi gravitacijski kolaps, može se transformirati u crni lijevak.
2. Supermasivni crni lijevci. Znanstvenici tvrde da je jezgra svake galaksije supermasivni lijevak, čije je formiranje početak nastanka nove galaksije.
3. Primordijalne crne rupe. One mogu uključivati ​​rupe različitih masa, uključujući mikrorupe nastale zbog razlika u gustoći materije i snazi ​​gravitacije. Takve rupe su lijevci nastali na početku Svemira. Ovo također uključuje objekte kao što je dlakava crna rupa. Ove se rupe razlikuju po prisutnosti zraka sličnih dlakama. Pretpostavlja se da ti fotoni i gravitoni zadržavaju dio informacija koje padaju u crnu rupu.
4. Kvantne crne rupe. Nastaju kao posljedica nuklearnih reakcija i žive kratko. Kvantni lijevci su od najvećeg interesa, jer njihovo proučavanje može pomoći u odgovoru na pitanja o problemu crnih kozmičkih objekata.
5. Neki znanstvenici ovu vrstu svemirskog objekta identificiraju kao dlakavu crnu rupu. Ove se rupe razlikuju po prisutnosti zraka sličnih dlakama. Pretpostavlja se da ti fotoni i gravitoni zadržavaju dio informacija koje padaju u crnu rupu.

Zemlji najbliža crna rupa

Najbliža crna rupa udaljena je 3000 svjetlosnih godina od Zemlje. Zove se V616 Monocerotis, ili V616 Mon. Njegova težina doseže 9-13 solarnih masa. Binarni partner ove rupe je zvijezda koja je upola manja od Sunca. Drugi lijevak relativno blizu Zemlje je Cygnus X-1. Nalazi se 6 tisuća svjetlosnih godina od Zemlje i teži 15 puta više od Sunca. Ova kozmička crna rupa također ima svog vlastitog binarnog partnera, čije kretanje pomaže u praćenju utjecaja Cygnusa X-1.

Crne rupe - zanimljive činjenice

Znanstvenici govore sljedeće zanimljive činjenice o crnim predmetima:

1. Ako uzmemo u obzir da su ti objekti središte galaksija, onda da bismo pronašli najveći lijevak, moramo otkriti najveću galaksiju. Stoga je najveća crna rupa u svemiru lijevak koji se nalazi u galaksiji IC 1101 u središtu klastera Abell 2029.
2. Crni predmeti zapravo izgledaju kao raznobojni objekti. Razlog tome leži u njihovom radiomagnetskom zračenju.
3. Ne postoje trajni fizikalni ili matematički zakoni u središtu crne rupe. Sve ovisi o masi rupe i njenom gravitacijskom polju.
4. Crni lijevci postupno isparavaju.
5. Težina crnih lijevaka može doseći nevjerojatne veličine. Najveća crna rupa ima masu jednaku 30 milijuna solarnih masa.

Svaki čovjek koji se upoznaje s astronomijom prije ili kasnije iskusi snažnu znatiželju o najmisterioznijim objektima svemira - crnim rupama. To su pravi gospodari tame, sposobni "progutati" svaki atom koji prođe u blizini i ne dopustiti čak ni svjetlu da pobjegne - toliko je njihova privlačnost moćna. Ovi objekti predstavljaju pravi izazov za fizičare i astronome. Prvi još ne mogu razumjeti što se događa s materijom koja padne u crnu rupu, a drugi, iako postojanjem crnih rupa objašnjavaju energetski najzahtjevnije pojave u svemiru, nikad nisu imali priliku niti jednu od njih izravno promatrati . Pričat ćemo vam o ovim zanimljivim nebeskim objektima, saznati što je već otkriveno i što tek treba naučiti kako bismo podigli veo tajne.

Što je crna rupa?

Naziv "crna rupa" (na engleskom - black hole) predložio je 1967. godine američki teorijski fizičar John Archibald Wheeler (vidi sliku lijevo). Služio je za označavanje nebeskog tijela čija je privlačnost toliko jaka da čak ni svjetlost ne popušta. Zato je “crna” jer ne emitira svjetlost.

Neizravna opažanja

To je razlog takve misterije: budući da crne rupe ne svijetle, ne možemo ih izravno vidjeti i prisiljeni smo ih tražiti i proučavati koristeći samo neizravne dokaze koje njihovo postojanje ostavlja u okolnom prostoru. Drugim riječima, ako crna rupa proguta zvijezdu, ne možemo vidjeti crnu rupu, ali možemo promatrati razorne učinke njezina snažnog gravitacijskog polja.

Laplaceova intuicija

Iako je izraz "crna rupa" za označavanje hipotetske završne faze evolucije zvijezde koja se urušila u sebe pod utjecajem gravitacije relativno novi, ideja o mogućnosti postojanja takvih tijela pojavila se više od dva stoljećima prije. Englez John Michell i Francuz Pierre-Simon de Laplace nezavisno su postavili hipotezu o postojanju "nevidljivih zvijezda"; istodobno su se temeljili na uobičajenim zakonima dinamike i Newtonovom zakonu univerzalne gravitacije. Danas su crne rupe dobile svoj točan opis temeljen na Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti.

U svom djelu “Izlaganje sustava svijeta” (1796.), Laplace je napisao: “Svijetla zvijezda iste gustoće kao Zemlja, promjera 250 puta većeg od promjera Sunca, zahvaljujući svojoj gravitacijskoj privlačnost, sprječavaju svjetlosne zrake da dopru do nas. Stoga je moguće da su najveća i najsjajnija nebeska tijela iz tog razloga nevidljiva.”

Nepobjediva gravitacija

Laplaceova ideja temeljila se na konceptu brzine bijega (druga kozmička brzina). Crna rupa je toliko gust objekt da svojom gravitacijom može zadržati čak i svjetlost koja razvija najveću brzinu u prirodi (gotovo 300 000 km/s). U praksi, bijeg iz crne rupe zahtijeva brzine veće od brzine svjetlosti, ali to je nemoguće!

To znači da će zvijezda ove vrste biti nevidljiva, jer ni svjetlost neće moći nadvladati njenu moćnu gravitaciju. Einstein je tu činjenicu objasnio fenomenom savijanja svjetlosti pod utjecajem gravitacijskog polja. U stvarnosti, u blizini crne rupe, prostor-vrijeme je toliko zakrivljeno da se putanje svjetlosnih zraka također zatvaraju same u sebe. Da bismo Sunce pretvorili u crnu rupu, morat ćemo svu njegovu masu koncentrirati u kuglu polumjera 3 km, a Zemlju u kuglu polumjera 9 mm!

Vrste crnih rupa

Prije samo desetak godina, promatranja su ukazala na postojanje dvije vrste crnih rupa: zvjezdane, čija je masa usporediva s masom Sunca ili je malo premašuje, i supermasivne, čija se masa kreće od nekoliko stotina tisuća do mnogo milijuna solarnih masa . Međutim, relativno nedavno, rendgenske slike i spektri visoke rezolucije dobiveni od umjetnih satelita kao što su Chandra i XMM-Newton iznijeli su u prvi plan treću vrstu crne rupe - s prosječnom masom većom od mase Sunca tisućama puta .

Zvjezdane crne rupe

Zvjezdane crne rupe postale su poznate ranije od ostalih. Nastaju kada zvijezda velike mase na kraju svog evolucijskog puta iscrpi zalihe nuklearnog goriva i uruši se sama u sebe zbog vlastite gravitacije. Eksplozija koja potresa zvijezdu (fenomen poznat kao "eksplozija supernove") ima katastrofalne posljedice: ako je jezgra zvijezde više od 10 puta veća od mase Sunca, nijedna nuklearna sila ne može se oduprijeti gravitacijskom kolapsu koji će rezultirati stvaranjem crne rupe.

Supermasivne crne rupe

Supermasivne crne rupe, koje su prvi put primijećene u jezgrama nekih aktivnih galaksija, imaju drugačije podrijetlo. Postoji nekoliko hipoteza o njihovom nastanku: zvjezdana crna rupa, koja tijekom milijuna godina proždire sve zvijezde oko sebe; skup crnih rupa koje se spajaju; kolosalni oblak plina koji se urušava izravno u crnu rupu. Ove crne rupe su među najenergičnijim objektima u svemiru. Nalaze se u središtima mnogih, ako ne i svih, galaksija. Takvu crnu rupu ima i naša Galaksija. Ponekad, zbog prisutnosti takve crne rupe, jezgre tih galaksija postanu vrlo svijetle. Galaksije s crnim rupama u središtu, okružene velikim količinama padajuće materije i stoga sposobne proizvesti kolosalne količine energije, nazivaju se "aktivnim", a njihove jezgre nazivaju se "aktivnim galaktičkim jezgrama" (AGN). Primjerice, kvazari (od nas najudaljeniji kozmički objekti dostupni našem promatranju) su aktivne galaksije u kojima vidimo samo vrlo svijetlu jezgru.

Srednji i mini

Još jedan misterij ostaju crne rupe srednje mase, koje bi, prema nedavnim istraživanjima, mogle biti u središtu nekih kuglastih skupova, poput M13 i NCC 6388. Mnogi su astronomi skeptični prema tim objektima, ali neka nova istraživanja sugeriraju prisutnost crne rupe srednje veličine čak i blizu središta naše Galaksije. Engleski fizičar Stephen Hawking također je iznio teoretsku pretpostavku o postojanju četvrte vrste crne rupe - "mini-rupe" s masom od samo milijardu tona (što je približno jednako masi velike planine). Riječ je o primarnim objektima, odnosno onima koji su se pojavili u prvim trenucima života Svemira, kada je pritisak još bio vrlo visok. Međutim, još uvijek nije otkriven niti jedan trag njihova postojanja.

Kako pronaći crnu rupu

Prije samo nekoliko godina svjetlo se upalilo iznad crnih rupa. Zahvaljujući stalnom usavršavanju instrumenata i tehnologija (i zemaljskih i svemirskih), ovi objekti postaju sve manje misteriozni; točnije, prostor koji ih okružuje postaje manje tajanstven. Zapravo, budući da je sama crna rupa nevidljiva, možemo je prepoznati samo ako je okružena s dovoljno materije (zvijezda i vrućeg plina) koja kruži oko nje na maloj udaljenosti.

Promatranje binarnih sustava

Neke zvjezdane crne rupe otkrivene su promatranjem orbitalnog gibanja zvijezde oko nevidljivog pratioca u binarnom sustavu. Bliski binarni sustavi (odnosno koji se sastoje od dvije zvijezde vrlo blizu jedna drugoj), u kojima je jedna od pratilja nevidljiva, omiljeni su objekt promatranja astrofizičara koji tragaju za crnim rupama.

Indikacija prisutnosti crne rupe (ili neutronske zvijezde) je jaka emisija X-zraka uzrokovana složenim mehanizmom koji se shematski može opisati na sljedeći način. Zahvaljujući snažnoj gravitaciji, crna rupa može iščupati materiju iz svoje zvijezde pratilice; ovaj plin se širi u ravni disk i spiralno se spušta u crnu rupu. Trenje koje nastaje zbog sudara između čestica padajućeg plina zagrijava unutarnje slojeve diska na nekoliko milijuna stupnjeva, što uzrokuje snažno rendgensko zračenje.

Rendgenska promatranja

Promatranja objekata u našoj galaksiji i susjednim galaksijama rendgenskim zrakama, koja se provode nekoliko desetljeća, omogućila su otkrivanje kompaktnih binarnih izvora, od kojih je desetak sustava koji sadrže kandidate za crne rupe. Glavni problem je određivanje mase nevidljivog nebeskog tijela. Masa (iako ne baš precizna) može se pronaći proučavanjem gibanja suputnika ili, što je mnogo teže, mjerenjem intenziteta rendgenskog zračenja materijala koji pada. Taj intenzitet je jednadžbom povezan s masom tijela na koje ta tvar pada.

nobelovac

Nešto slično može se reći za supermasivne crne rupe opažene u jezgrama mnogih galaksija, čije se mase procjenjuju mjerenjem orbitalnih brzina plina koji pada u crnu rupu. U ovom slučaju, uzrokovano snažnim gravitacijskim poljem vrlo velikog objekta, brzo povećanje brzine oblaka plina koji kruže u središtu galaksija detektirano je opažanjima u radijskom rasponu, kao iu optičkim zrakama. Promatranja u rasponu X-zraka mogu potvrditi povećano oslobađanje energije uzrokovano padom materije u crnu rupu. Istraživanje rendgenskih zraka započeo je početkom šezdesetih godina prošlog stoljeća Talijan Riccardo Giacconi, koji je radio u SAD-u. Njegova Nobelova nagrada 2002. prepoznala je njegov "pionirski doprinos astrofizici koji je doveo do otkrića izvora X-zraka u svemiru."

Cygnus X-1: prvi kandidat

Naša galaksija nije imuna na prisutnost potencijalnih objekata crnih rupa. Srećom, niti jedan od ovih objekata nije dovoljno blizu nas da predstavlja prijetnju postojanju Zemlje ili Sunčevog sustava. Unatoč velikom broju kompaktnih izvora X-zraka koji su identificirani (a to su najvjerojatniji kandidati za crne rupe), nemamo povjerenja da oni zapravo sadrže crne rupe. Jedini među tim izvorima koji nema alternativnu verziju je bliski binarni sustav Cygnus X-1, odnosno najsjajniji izvor rendgenskog zračenja u zviježđu Cygnus.

Masivne zvijezde

Ovaj sustav, čiji orbitalni period iznosi 5,6 dana, sastoji se od vrlo svijetle plave zvijezde velike veličine (promjer joj je 20 puta veći od Sunca, a masa joj je oko 30 puta veća), lako vidljive čak i vašim teleskopom, i nevidljiva druga zvijezda, čija se masa procjenjuje na nekoliko solarnih masa (do 10). Smještena 6500 svjetlosnih godina od nas, druga bi zvijezda bila savršeno vidljiva da je obična zvijezda. Njezina nevidljivost, snažna emisija X-zraka koju proizvodi sustav i, konačno, procjena mase navodi većinu astronoma da vjeruju da je ovo prvo potvrđeno otkriće zvjezdane crne rupe.

sumnje

Međutim, postoje i skeptici. Među njima je i jedan od najvećih istraživača crnih rupa, fizičar Stephen Hawking. Čak se i kladio s američkim kolegom Keelom Thorneom, gorljivim zagovornikom klasificiranja objekta Cygnus X-1 kao crne rupe.

Rasprava o identitetu objekta Cygnus X-1 nije jedina Hawkingova oklada. Posvetivši nekoliko devet godina teorijskim proučavanjima crnih rupa, uvjerio se u pogrešnost svojih dotadašnjih ideja o tim misterioznim objektima.Konkretno, Hawking je pretpostavio da materija nakon pada u crnu rupu zauvijek nestaje, a s njom i sve njegova informacijska prtljaga nestaje. U to je bio toliko siguran da se na tu temu 1997. kladio sa svojim američkim kolegom Johnom Preskillom.

Priznanje pogreške

Dana 21. srpnja 2004. godine, u svom govoru na Kongresu o teoriji relativnosti u Dublinu, Hawking je priznao da je Preskill bio u pravu. Crne rupe ne dovode do potpunog nestanka materije. Štoviše, oni imaju određenu vrstu "pamćenja". Mogu sadržavati tragove onoga što su konzumirali. Dakle, “isparavanjem” (tj. polaganim emitiranjem zračenja zbog kvantnog efekta) mogu vratiti tu informaciju u naš Svemir.

Crne rupe u galaksiji

Astronomi još uvijek imaju mnogo sumnji o prisutnosti zvjezdanih crnih rupa (poput one koja pripada binarnom sustavu Cygnus X-1) u našoj Galaksiji; ali mnogo je manje sumnje u supermasivne crne rupe.

U središtu

Naša galaksija ima najmanje jednu supermasivnu crnu rupu. Njegov izvor, poznat kao Strijelac A*, točno je lokaliziran u središtu ravnine Mliječnog puta. Njegovo ime objašnjava činjenicom da je to najmoćniji radio izvor u zviježđu Strijelca. Upravo u tom smjeru nalaze se i geometrijska i fizička središta našeg galaktičkog sustava. Smještena oko 26 000 svjetlosnih godina, supermasivna crna rupa povezana s izvorom radio valova Sagittarius A* ima masu procijenjenu na oko 4 milijuna solarnih masa, sadržanu u prostoru čiji je volumen usporediv s volumenom Sunčevog sustava. Njegova relativna blizina nama (to je daleko najbliža supermasivna crna rupa Zemlji) dovela je do toga da je svemirski opservatorij Chandra posljednjih godina posebno pažljivo proučavao ovaj objekt. Pokazalo se, naime, da je i snažan izvor rendgenskog zračenja (ali ne tako snažan kao izvori u aktivnim galaktičkim jezgrama). Strijelac A* možda je uspavani ostatak onoga što je bila aktivna jezgra naše Galaksije prije milijune ili milijarde godina.

Druga crna rupa?

Međutim, neki astronomi vjeruju da postoji još jedno iznenađenje u našoj Galaksiji. Govorimo o drugoj crnoj rupi prosječne mase, koja drži skup mladih zvijezda i sprječava ih da padnu u supermasivnu crnu rupu koja se nalazi u središtu same Galaksije. Kako to da se na udaljenosti manjoj od jedne svjetlosne godine od njega nalazi zvjezdani skup star jedva 10 milijuna godina, odnosno, prema astronomskim standardima, vrlo mlad? Prema istraživačima, odgovor je da klaster nije tamo rođen (okoliš oko središnje crne rupe je previše neprijateljski raspoložen za formiranje zvijezda), već je ondje "povučen" zbog postojanja druge crne rupe unutar nje, koja ima prosječnu masu.

Crne rupe, tamna tvar, tamna tvar... Ovo su nedvojbeno najčudniji i najmisteriozniji objekti u svemiru. Njihova bizarna svojstva mogu dovesti u pitanje zakone fizike svemira, pa čak i prirodu postojeće stvarnosti. Kako biste razumjeli što su crne rupe, znanstvenici predlažu da "promijenite fokus", naučite razmišljati izvan okvira i upotrijebite malo mašte. Crne rupe nastaju iz jezgri super masivnih zvijezda, koje se mogu opisati kao područje svemira u kojem je ogromna masa koncentrirana u praznini, a tamo ništa, čak ni svjetlost, ne može izbjeći gravitacijskom privlačenju. Ovo je područje gdje druga brzina bijega premašuje brzinu svjetlosti: A što je objekt gibanja masivniji, to se brže mora kretati kako bi se oslobodio sile svoje gravitacije. To je poznato kao brzina bijega.

Collier's Encyclopedia crnim rupama naziva područje u svemiru koje nastaje kao posljedica potpunog gravitacijskog kolapsa materije, u kojem je gravitacijska privlačnost toliko jaka da ga ni materija, ni svjetlost, ni drugi nositelji informacija ne mogu napustiti. Stoga unutrašnjost crne rupe nije uzročno povezana s ostatkom svemira; Fizički procesi koji se odvijaju unutar crne rupe ne mogu utjecati na procese izvan nje. Crna rupa okružena je površinom koja ima svojstvo jednosmjerne membrane: materija i zračenje slobodno padaju kroz nju u crnu rupu, ali odatle ništa ne može pobjeći. Ta se površina naziva "horizont događaja".

Povijest otkrića

Crne rupe, predviđene općom teorijom relativnosti (teorijom gravitacije koju je predložio Einstein 1915.) i drugim, modernijim teorijama gravitacije, matematički su potkrijepili R. Oppenheimer i H. Snyder 1939. Ali svojstva prostora i vrijeme u blizini ovih objekata pokazalo se toliko neobičnim, da ih astronomi i fizičari nisu ozbiljno shvaćali 25 godina. Međutim, astronomska otkrića sredinom 1960-ih iznijela su crne rupe na površinu kao moguću fizičku stvarnost. Nova otkrića i studije mogli bi iz temelja promijeniti naše razumijevanje prostora i vremena, bacajući svjetlo na milijarde kozmičkih misterija.

Nastanak crnih rupa

Dok se termonuklearne reakcije odvijaju u utrobi zvijezde, one održavaju visoku temperaturu i tlak, sprječavajući kolaps zvijezde pod utjecajem vlastite gravitacije. Međutim, s vremenom se nuklearno gorivo iscrpi i zvijezda se počne smanjivati. Proračuni pokazuju da ako masa zvijezde ne prelazi tri solarne mase, tada će ona dobiti "bitku s gravitacijom": njezin će gravitacijski kolaps zaustaviti pritisak "degenerirane" materije, a zvijezda će se zauvijek pretvoriti u bijeli patuljak ili neutronska zvijezda. Ali ako je masa zvijezde veća od tri solarna, tada ništa ne može zaustaviti njezin katastrofalni kolaps i brzo će otići ispod horizonta događaja, postajući crna rupa.

Je li crna rupa rupa od krafne?

Ono što ne emitira svjetlost nije lako primijetiti. Jedan od načina traženja crne rupe je traženje regija u svemiru koje imaju veliku masu i nalaze se u mračnom svemiru. Kada su tražili ove vrste objekata, astronomi su ih pronašli u dva glavna područja: u središtima galaksija i u sustavima dvostrukih zvijezda naše Galaksije. Ukupno, kako sugeriraju znanstvenici, postoje deseci milijuna takvih objekata.

Trenutno je jedini pouzdan način razlikovanja crne rupe od druge vrste objekta mjerenje mase i veličine objekta i usporedba njegovog radijusa s

Tajanstvene i nedostižne crne rupe. Zakoni fizike potvrđuju mogućnost njihova postojanja u svemiru, ali još uvijek postoje mnoga pitanja. Brojna promatranja pokazuju da u svemiru postoje rupe i da postoji više od milijun takvih objekata.

Što su crne rupe?

Davne 1915. godine, prilikom rješavanja Einsteinovih jednadžbi, predviđen je fenomen poput "crnih rupa". No, znanstvena se zajednica za njih zainteresirala tek 1967. godine. Tada su ih zvali "srušene zvijezde", "smrznute zvijezde".

U današnje vrijeme crna rupa je područje vremena i prostora koje ima takvu gravitaciju da čak ni zraka svjetlosti ne može pobjeći iz nje.

Kako nastaju crne rupe?

Postoji nekoliko teorija o nastanku crnih rupa koje se dijele na hipotetske i realne. Najjednostavnija i najraširenija realna je teorija gravitacijskog kolapsa velikih zvijezda.

Kada dovoljno masivna zvijezda, prije "smrti", poraste u veličini i postane nestabilna, trošeći svoje posljednje gorivo. U isto vrijeme, masa zvijezde ostaje nepromijenjena, ali se njezina veličina smanjuje kako dolazi do tzv. zgušnjavanja. Drugim riječima, kada se zbije, teška jezgra "pada" u sebe. Paralelno s tim, zbijanje dovodi do naglog porasta temperature unutar zvijezde i otkidanja vanjskih slojeva nebeskog tijela iz kojih nastaju nove zvijezde. U isto vrijeme, u središtu zvijezde, jezgra pada u vlastito "središte". Kao rezultat djelovanja gravitacijskih sila središte se urušava do točke – odnosno gravitacijske sile su toliko jake da apsorbiraju zbijenu jezgru. Tako nastaje crna rupa koja počinje iskrivljavati prostor i vrijeme tako da iz nje ne može pobjeći ni svjetlost.

U središtu svih galaksija je supermasivna crna rupa. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti:

“Svaka masa iskrivljuje prostor i vrijeme.”

Sada zamislite koliko crna rupa iskrivljuje vrijeme i prostor, jer je njena masa enormna, a u isto vrijeme stisnuta u ultramali volumen. Ova sposobnost uzrokuje sljedeće neobičnosti:

“Crne rupe imaju sposobnost praktički zaustaviti vrijeme i sabiti prostor. Zbog ove ekstremne distorzije, rupe nam postaju nevidljive.”

Ako crne rupe nisu vidljive, kako znamo da postoje?

Da, iako je crna rupa nevidljiva, trebala bi biti uočljiva zbog materije koja upada u nju. Kao i zvjezdani plin koji privlači crna rupa; kada se približi horizontu događaja, temperatura plina počinje rasti do ultra visokih vrijednosti, što dovodi do sjaja. Zbog toga crne rupe svijetle. Zahvaljujući ovom, iako slabom, sjaju, astronomi i astrofizičari objašnjavaju prisutnost u središtu galaksije objekta malog volumena, ali ogromne mase. Trenutno je, kao rezultat promatranja, otkriveno oko 1000 objekata koji su po ponašanju slični crnim rupama.

Crne rupe i galaksije

Kako crne rupe mogu utjecati na galaksije? Ovo pitanje muči znanstvenike diljem svijeta. Postoji hipoteza prema kojoj upravo crne rupe smještene u središtu galaksije utječu na njezin oblik i evoluciju. I da kada se dvije galaksije sudare dolazi do spajanja crnih rupa i tijekom tog procesa oslobađa se tolika količina energije i materije da nastaju nove zvijezde.

Vrste crnih rupa

• Prema postojećoj teoriji, postoje tri vrste crnih rupa: zvjezdane, supermasivne i minijaturne. I svaki od njih formiran je na poseban način.
• - Crne rupe zvjezdanih masa, narastu do enormnih veličina i propadnu.
  - Supermasivne crne rupe, koje mogu imati masu ekvivalentnu milijunima Sunaca, vjerojatno postoje u središtima gotovo svih galaksija, uključujući našu Mliječnu stazu. Znanstvenici još uvijek imaju različite hipoteze o nastanku supermasivnih crnih rupa. Zasad se zna samo jedno - supermasivne crne rupe nusproizvod su nastanka galaksija. Supermasivne crne rupe - razlikuju se od običnih po tome što imaju vrlo veliku veličinu, ali paradoksalno nisku gustoću.
• - Nitko još nije uspio detektirati minijaturnu crnu rupu koja bi imala masu manju od Sunca. Moguće je da su minijaturne rupe nastale nedugo nakon "Velikog praska", što je točan početak postojanja našeg svemira (prije oko 13,7 milijardi godina).
• - Nedavno je uveden novi koncept kao “bijele crne rupe”. Ovo je još uvijek hipotetska crna rupa, što je suprotnost crnoj rupi. Stephen Hawking aktivno je proučavao mogućnost postojanja bijelih rupa.
• - Kvantne crne rupe - zasad postoje samo u teoriji. Kvantne crne rupe mogu nastati kada se ultra-male čestice sudare kao rezultat nuklearne reakcije.
• - Primarne crne rupe također su teorija. Nastale su odmah nakon nastanka.

U ovom trenutku postoji velik broj otvorenih pitanja na koja budući naraštaji tek trebaju odgovoriti. Primjerice, mogu li doista postojati takozvane “crvotočine” uz pomoć kojih se može putovati kroz prostor i vrijeme. Što se točno događa unutar crne rupe i kojim se zakonima te pojave pokoravaju. A što je s nestankom informacija u crnoj rupi?