Что знает человечество о ЧЕРНЫХ ДЫРАХ

Звездное небо завораживает: что там дальше? как все устроено? именно так устроено, как мы это знаем? Предлагаю ознакомится с некоторой информацией, которая известна человечеству о черных дырах во Вселенной.

Прослушав курс лекций «Выдающиеся неразгаданные тайны Вселенной» (Greatest Unsolved Mysteries of the Universe) от Австралийского национального университета (Australian National University), а также «Развивающаяся Вселенная» (The Evolving Universe) от Калифорнийского технологического института (Caltech), я постаралась донести сложную (как по мне) информацию доступным языком. Честно говоря, я не особо разбираюсь в физических терминах и понятиях, но мне было интересно вникнуть в материал и получить представление об этом огромном и невероятном космическом явлении.

Профессор Брайан Шмидт (Brian Schmidt) и исследователь астрофизики Пол Франсис (Paul Francis)
рассказывают следующее.

50 лет назад Вселенная считалась «понятным» местом — она была спокойная, умиротворенная, люди видели звезды и знали кое-что о планетах. Но с течением времени и развитием технологий люди начали замечать и видеть вещи, которые не могли объяснить. Поэтому Вселенная превратилась в неопознанную территорию.

Толчок к познанию был сделан радиоинженерами в ходе Второй мировой войны: при помощи радиостанций инженеры стали улавливать сигналы не только приближающихся бомбардировщиков и кораблей, а также чего-то, о чем они и не догадывались. Кстати, из-за этого произошел конфликт астрономов с инженерами.

В течение следующих десятилетий в астрономии было обнаружена огромная неизученная зона и начались попытки создания карты данной территории.

Если посмотреть на 1000 самых визуально ярких тел, то можно выделить звезды, планеты и Солнце, а если рассмотреть 1000 отчетливых космических источников радиоизлучений, то можно обнаружить мало совпадений (пересечений) из этого списка. К примеру, Юпитер, Солнце и Млечный путь находятся в обоих списках, но большинство сильных радиоисточников не являются визуально отчетливыми и наоборот.

В 1950-60-х годах группа из Манчестера составляли карту космоса, используя Кембриджский каталог радиоисточников. Проблема была в том, что оказалось невозможно определить местонахождение этих радиоисточников в космосе. За изобретением Обсерватории Паркса последовала гениальная идея изучения космических тел.

ИДЕЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИОИСТОЧНИКА

Был взял на рассмотрение радиоисточник 3С273 и было рассчитано, что перед ним должна была пройти Луна. Учитывая угол прохождения, астрологи предположили, что можно было бы заметить мерцание невидимого объекта. Но так как был бы виден только лимб (видимый край диска планеты), сложно было бы определить местонахождение интересующего источника. Решение нашел Сайрил Хэзэрд (Cyril Hazard): Луна находилась так низко в небе, что телескоп не мог «ухватить» и зафиксировать ее, тогда астроному пришла мысль вырыл углубление в земле, опустив телескоп максимально низко. Эксперимент удался и благодаря наблюдению, было определено точное местонахождение 3С273, соответственно, можно было направлять оптические телескопы в определенное место и исследовать радиоисточник.

ЧТО БЫЛО ОБНАРУЖЕНО?

Источник оказался загадочным — маленькая звезда, от которой исходил тоненький «луч», при этом спектр света не имел ничего общего с тем, что о чем астрономы знали ранее.

Такие явления получили название Квазар — квази (т.е. подобный) звездный (stellar) радиоисточник. Квазар только выглядит как звезда, но нет доказательств, что это так, поэтому для данного слова была создана приставка «квази».

Спект квазаров очень узкий, потому что атомы одноцветные.
Квазары расположены очень далеко от Земли.
Согласно науке в квазарах расположены черные дыры.

Из Википедии:
Болометрическая (интегральная по всему спектру) светимость квазаров может достигать 1046 — 1047 эрг/с. В среднем, квазар производит примерно в 10 триллионов раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце (и в миллион раз больше энергии, чем самая мощная известная звезда), и обладает переменностью излучения во всех диапазонах длин волн.

ЧЕРНАЯ ДЫРА

          С. Джордж Джорговски, профессор астрономии, (S.George Djorgovski) рассказывает о выведенной формуле касательно частиц: для определенной массы частицы можно сократить радиус движения, таким образом, увеличится ее скорость; или для определенного радиуса нужно добавить массы, т это тоже будет способствовать увеличению движения.
         В черной дыре гравитация искривляет пространство и она настолько велика, что покинуть ее не могут даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и кванты самого света. Такая критическая скорость (когда кинетическая энергия преодолевает потенциальную) называется второй космической скоростью.
         Под воздействием гравитационного коллапса тела двигаются, и двигаются они до тех пор, пока не сжимаются до единой точки, которая приобретает конечную массу и большую плотность, а также неимоверную гравитацию. Это называется сингулярностью. Более простым языком — в центре черной дыры пространство-время становится бесконечно искривленным, здесь не действуют понятные нам законы физики.

Сложно сказать, что происходит внутри черной дыры, но известно, что в любом случае, масса должна быть сжата в очень маленький объем. Стоит упомянуть, что такое гравитационный радиус (радиус Шварцвайлда) — это характерный радиус для любого физического тела, которое обладает массой, это радиус сферы (на которой находился бы горизонт событий), если бы сфера была симметричной и неподвижной. Например, черная дыра с массой, такой как у Солнца имела бы радиус размером 3 км, а для Земли эта цифра составляла бы 9 мм. Гравитационный радиус и масса прямо пропорциональны.

Если сжать Землю до размера гальки, это и будет примером черной дыры.

Любой предмет (не взирая на размер) может стать черной дырой, если будут выполнены условия выше. Касательно плотности черных дыр: более массивные черные дыры имеют меньше плотность.

В случае вращения черных дыр ситуация становится немного запутанней.

ИЗЛУЧЕНИЕ ХОКИНГА

           В черных дырах в значительной мере присутствует энтропия, а также они характеризуются наличием температуры. Согласно квантовой физике в рамках вакуума постоянно рождаются пары частиц-античастиц. Но что происходит, если такое случается вне горизонта событий и данная пара является электроном-позитроном? Очевидно, что одна из частиц попадает в черную дыру. Вторая, оставаясь извне, ищет «пару» и может исчезнуть. Это упрощенная описательная модель, на самом деле все сложнее.
         Итак, энергия (для производства излучения) исходить из остальной массы энергии черной дыры, поэтому частицы имеют температуру, яркость, энтропию и термодинамические свойства. Данное предположение — исключительно теория, но довольно убедительная. Занятно, что температура черного тела и черной дыры обратно пропорциональна ее массе. Чем меньше, тем теплее. Следовательно, чем скорость выше, тем темп процессов ускоряется во времени, интенсивность испарения растет и черная дыра теряет массу, что, в конце концов, может привести к взрыву, и черная дыра исчезнет.
         Если рассчитать по формуле, сколько времени это займет и сопоставить цифры в возрастом Вселенной, то станет ясно, что они существуют и еще будут существовать долгое время. Этот процесс, к сожалению, а может, к счастью, наблюдать мы уже не будем.