Blízko centra našej Galaxie bolo objavené supermasívne telo so štyrmi miliónmi slnečných hmôt. Je pravda, že je neviditeľné, nepočuteľné a nehmotné.
Prst do neba?
Skupina nemeckých fyzikov z Inštitútu Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku nedávno vydala senzačné vyhlásenie: získala dôkaz, že v našej galaxii je čierna diera.
„Asi dvadsať rokov pozorujeme pohyb niekoľkých desiatok hviezd v blízkosti centra galaxie, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti 27 000 svetelných rokov od Slnka,“hovorí vedúci skupiny Reinhard Hansel. - Obežná dráha týchto hviezd naznačuje, že koncentrácia hmoty nachádzajúca sa v strede je nepochybne čierna diera.
Ohrozuje to našu galaxiu? Bude vesmírna príšera jesť Zem?
Ukázalo sa, že na tieto otázky zatiaľ nie sú žiadne odpovede. Podľa riaditeľa Štátneho astronomického ústavu. PK Sternberg Moskovská štátna univerzita Zodpovedajúci člen Ruskej akadémie vied Anatoly Cherepashchuk, pozorujúc obežné dráhy, nemožno vypočítať čiernu dieru.
- Aby ste dokázali, že telo nachádzajúce sa v strede našej Galaxie je čierna diera, musíte urobiť dve veci, - vedci vysvetlili novinárom. - Po prvé, experimentálne ukazujú, že polomer tohto telesa sa rovná tzv. Gravitačnému polomeru pre čiernu dieru danej hmoty (a pre čierne teleso so štyrmi miliónmi slnečných hmôt sa rovná približne siedmim polomerom slnečnej energie). A po druhé, dokázať, že toto telo nemá pevný povrch, ale skôr horizont udalostí.
Propagačné video:
Podľa Cherepashchuka sú obe tieto úlohy v zásade uskutočniteľné a dúfa, že za 20 rokov budú vedci schopní s istotou povedať, či je to čierna diera alebo nie.
Všeobecne platí, že otázka: byť alebo nie byť našou Galaxiou sa odkladá o dve desaťročia. Medzitým sa lepšie zoznámime s týmto monštrom.
Najhoršie miesto
Vo vesmíre nie je viac tajomných a desivých objektov ako čierna diera. Jedna fráza už inšpiruje nezodpovedný strach: vykresľuje obraz všestrannej priepasti. Pred ňou sú v úcte nielen obyčajní ľudia, ale aj úcta k astrofyzikom. „Zo všetkých výtvorov ľudskej mysle, od mytologických jednorožcov a drakov po vodíkovú bombu, je asi najúžasnejšia čierna diera. Diera v priestore s veľmi špecifickými hranami, do ktorej môže niečo spadnúť a z ktorej sa nemôže nič dostať. Diera, v ktorej je gravitačná sila tak veľká, že v tejto pasci je zachytené a držané aj svetlo. Diera, ktorá ohýba priestor a skresľuje tok času. Rovnako ako jednorožce a draky sa čierne diery javia skôr ako atribúty science fiction alebo starovekých mýtov než skutočných predmetov. Existencia čiernych dier však nevyhnutne vyplýva z fyzikálnych zákonov. Iba v našej galaxii ich môžu byť milióny, “povedal o čiernych dierach známy vedec Kip Stephen Thorn, vedúci oddelenia Kalifornského technologického inštitútu (USA), člen Národnej akadémie vied USA, člen vedeckej rady NASA.
Čierne diery majú okrem svojej fantastickej sily úžasnú schopnosť meniť priestor a čas vo vnútri seba. Najprv sa stočia do nejakého lievika a potom, keď prekročia určitú hranicu v hĺbke diery, rozpadnú sa na kvantu. Vo vnútri čiernej diery, za okrajom tejto zvláštnej gravitačnej priepasti, odkiaľ nie je východ, tečú úžasné fyzikálne procesy, prejavujú sa nové prírodné zákony.
Podľa mnohých odborníkov sú čierne diery najväčším zdrojom energie vo vesmíre. Pravdepodobne ich uvidíme vo vzdialených kvasároch, vo vybuchujúcich galaktických jadrách. Predpokladá sa, že čierne diery sa v budúcnosti stanú zdrojom energie pre ľudstvo.
Koniec sveta je tu
Ako sa tvoria čierne diery? Podľa astrofyzikov väčšina z nich vznikla po smrti veľkých hviezd. Ak je hmotnosť hviezdy dvojnásobkom hmotnosti Slnka, potom môže hviezda na konci svojho života explodovať ako supernova. Ak však hmota hmoty, ktorá zostala po explózii, stále prekračuje dve slnečné masy, hviezda by sa mala zrútiť do malého hustého tela, pretože gravitačné sily úplne potlačujú akýkoľvek vnútorný odpor voči stlačeniu. Vedci sa domnievajú, že v tomto okamihu katastrofický gravitačný kolaps vedie k vzniku čiernej diery. Veria, že na konci termonukleárnych reakcií nemôže byť hviezda v stabilnom stave. Potom pre obrovskú hviezdu existuje iba jedna nevyhnutná cesta - cesta univerzálneho a úplného kontrakcie, ktorá ju premení na neviditeľnú čiernu dieru.
Prečo sú neviditeľné?
- Samotný názov „čierne diery“naznačuje, že ide o skupinu predmetov, ktoré nemožno vidieť, - vysvetľuje vedúci oddelenia astronomického oddelenia Štátneho astronomického ústavu pomenovaný po Sternberg, kandidát fyzikálnych a matematických vied Valentin Esipov. - Ich gravitačné pole je také silné, že ak by sa nejako bolo možné priblížiť k čiernej diere a nasmerovať lúč najsilnejšieho svetlometu z jeho povrchu, nebolo by ho možné vidieť ani zo vzdialenosti nepresahujúcej vzdialenosť od Zeme k Slnku.
Aj keby sme mohli sústrediť všetko svetlo Slnka v tomto silnom svetle, nevideli by sme ho, pretože svetlo by na ňom nemohlo prekonať vplyv gravitačného poľa čiernej diery a opustiť svoj povrch. Preto sa takýto povrch nazýva horizont absolútnych udalostí. Predstavuje okraj čiernej diery. A čo sa tam skrýva v zahraničí?
Poďme do pekla
Najzaujímavejším opisom „interiéru“čiernej diery je už zmienený americký fyzik a astronóm Kip Stephen Thorne. „Predstavte si, že ste kapitánom veľkej vesmírnej lode starej triedy. - navrhuje vedcovi vo svojej knihe „Cestovanie medzi čiernymi dierami“. - Na základe pokynov Geografickej spoločnosti musíte skúmať niekoľko čiernych dier nachádzajúcich sa vo veľkých vzdialenostiach od seba v medzihviezdnom priestore a pomocou rádiových signálov preniesť popis vašich pozorovaní na Zem.
Keď ste boli na ceste 4 roky a 8 mesiacov, vaša loď sa spomaľuje v blízkosti najbližšej čiernej diery k Zemi, ktorá sa volá Hades (Hell) a nachádza sa v blízkosti hviezdy Vega. Na televíznej obrazovke je viditeľná prítomnosť čiernej diery: atómy vodíka rozptýlené v medzihviezdnom priestore sú vtiahnuté dovnútra svojím gravitačným poľom. Všade, kde ich vidíte, sa pohybujú, spomaľujú od diery a rýchlejšie a rýchlejšie, keď sa k nej priblížite. Je to podobné pádu vody v vodopádoch Niagara Falls s tým rozdielom, že atómy padajú nielen z východu, ale aj zo západu, severu, juhu, zhora a zdola - zo všetkých strán. Ak nič neurobíte, budete tiež zatiahnutí dovnútra.
S najväčšou starostlivosťou musíte presunúť vesmírnu loď z trajektórie voľného pádu na kruhovú obežnú dráhu okolo čiernej diery (podobne ako obežné dráhy umelých satelitov obiehajúcich okolo Zeme), aby odstredivá sila vášho orbitálneho pohybu kompenzovala gravitáciu čiernej diery. Cítite sa bezpečne, zapnete lodné motory a pripravujete sa na štúdium čiernej diery.
Najskôr pomocou teleskopov pozorujete elektromagnetické žiarenie emitované padajúcimi atómami vodíka. Ďaleko od čiernej diery sú tak chladné, že vysielajú iba rádiové vlny. Ale bližšie k diere, kde atómy padajú rýchlejšie, sa čas od času zrážajú, zahrievajú sa až niekoľko tisíc stupňov a začnú vyžarovať svetlo. Ešte bližšie k čiernej diere sa pohybujú omnoho rýchlejšie a zohrievajú sa vplyvom kolízií na niekoľko miliónov stupňov a vyžarujú röntgenové lúče.
Keď nasmerujete svoje ďalekohľady „dovnútra“a pokračujete v približovaní sa k čiernej diere, uvidíte „gama lúče emitované atómami vodíka zahriate na ešte vyššie teploty. Nakoniec v samom strede nájdete tmavý disk samotnej čiernej diery.
Ďalším krokom je starostlivo zmerať dĺžku obežnej dráhy lode. Je to približne 1 milión km alebo polovica dĺžky Mesiaca na obežnej dráhe okolo Zeme. Potom sa pozriete na vzdialené hviezdy a uvidíte, ako sa pohybujú ako vy. Pozorovaním ich zjavného pohybu zistíte, že potrebujete 5 minút. 46 s, aby urobila jednu otáčku okolo čiernej diery. Toto je vaše „okružné obdobie“.
Po znalosti doby revolúcie a dĺžky jej obežnej dráhy môžete vypočítať hmotnosť čiernej diery Hádes (peklo). Bude to 10-krát jasnejšie. Toto je v skutočnosti celková hmota nahromadená v čiernej diere v celej jej histórii a zahŕňa hmotnosť hviezdy, ako výsledok kolapsu, ktorý sa pred asi 2 miliardami rokov vytvoril čierna diera, množstvo všetkého medzihviezdneho vodíka, ktorý sa do nej vtiahol od svojho narodenia, a tiež množstvo všetkých asteroidov a stratených hviezdnych lodí, ktoré na ne padli.
Najzaujímavejšie sú vlastnosti jeho povrchu alebo horizontu - hranice, vďaka ktorej sa všetko, čo padá do diery, už nemôže vrátiť. Hranice, ktoré zabránia úniku vesmírnej lode a dokonca aj akéhokoľvek žiarenia: rádiové vlny, svetlo, röntgenové lúče alebo gama lúče …
Aj keď môžete vypočítať všetky jeho vlastnosti zvonku z hmotnosti a uhlovej hybnosti čiernej diery, o jej vnútornom priestore nemôžete nič vedieť. Môže mať narušenú štruktúru a môže byť vysoko asymetrická. To všetko bude závisieť od detailov kolapsu, ktorý vytvoril čiernu dieru, ako aj od vlastností následného vtiahnutia medzihviezdneho vodíka, takže priemer otvoru sa nedá jednoducho vypočítať.
S týmito výsledkami môžete preskúmať okolie horizontu čiernych dier …
Keď sa s tímom rozlúčite, vyliezete do zostupného vozidla a opustíte loď a zostanete na prvej obežnej obežnej dráhe a pokračujete vo fyzike Thornovi. - Potom zapnutím raketového motora mierne zabrzdite, aby ste spomalili orbitálny pohyb. V tomto prípade začnete špirálu priblížiť k obzoru a pohybovať sa z jednej kruhovej obežnej dráhy na druhú. Vaším cieľom je vstúpiť na kruhovú obežnú dráhu s obvodom mierne dlhším ako horizont. Keď sa pohybujete po špirále, dĺžka vašej obežnej dráhy sa postupne znižuje - z 1 milióna km na 500 tisíc, potom na 100 tisíc, 90 tisíc, 80 000. A potom sa začína niečo divné.
Keď ste v stave beztiaže, ste vo svojom prístroji zavesení, povedzme, s nohami - na čiernu dieru a hlavou - na obežnú dráhu vašej lode a hviezd. Postupne však začnete cítiť, že niekto ťahá nohy nahor a nadol - hlavou. Uvedomujete si, že príčinou je príťažlivosť čiernej diery: nohy sú bližšie k diere ako hlava, takže sú priťahované silnejšie. To isté platí, samozrejme, na Zemi, ale rozdiel v príťažlivosti nôh a hlavy je zanedbateľný, takže si to nikto nevšimne. Pri pohybe na obežnej dráhe dlhej 80 000 km nad čiernou dierou cítite tento rozdiel celkom jasne - rozdiel v príťažlivosti bude 1/8 gravitácie Zeme (1/8 g). Odstredivá sila, ktorú vytvára váš orbitálny pohyb, kompenzuje príťažlivosť diery v strede tela, čo vám umožňuje voľne plávať v nulovej gravitácii.ale vaše nohy budú postihnuté prebytkom 1/16 g, zatiaľ čo naopak, hlava bude priťahovať slabo a odstredivá sila ho bude ťahať nahor s rovnakým prídavným zrýchlením -1/16 g.
Trochu zmätení, pokračujete po špirálovitej špirále, ale prekvapenie rýchlo ustupuje znepokojeniu: ako sa zmenšuje veľkosť obežnej dráhy, sily, ktoré sa tiahnu, sa budú zvyšovať čoraz rýchlejšie. Pri orbitálnej dĺžke 64 000 km bude rozdiel 1/4 g, pri 51 000 km -1/2 ga 40 000 km dosiahne celkovú hmotnosť Zeme. Krížte si zuby z námahy, pokračujete v špirále. Pri orbitálnej dĺžke 25 000 km bude ťahová sila 4 d, t. štvornásobok vašej váhy v suchozemských podmienkach a pri 16 000 km -16 g. Už nemôžete stáť vzpriamene. Pokúšate sa vyriešiť tento problém stočením do lopty a potiahnutím nôh k hlave, čím sa zníži rozdiel v sile. Ale sú už také veľké, že vám nedovolia sa ohnúť - opäť sa zvisle roztiahnu (pozdĺž smeru radiálneho vzhľadom na čiernu dieru).
Bez ohľadu na to, čo robíte, nič nepomôže. A ak bude špirálový pohyb pokračovať, vaše telo ho nevydrží - bude roztrhané. Neexistuje teda žiadna nádej na dosiahnutie blízkosti horizontu …
Keď premôžete obrovskú bolesť, zastavíte svoj zostup a premiestnite zariadenie najskôr na kruhovú obežnú dráhu a potom sa opatrne a pomaly začnete pohybovať v rozširujúcej sa špirále, pohybujúcej sa do kruhových obežných dráh rastúcej veľkosti, až kým sa nedostanete na hviezdnu loď. ““
Thorneov príbeh zatiaľ znie ako fantasy. A to sa počíta za čas, keď človek dosiahne taký úspech vo vývoji technológie a technológie, že sa medzigalaktické lety a výstavba kruhových svetov okolo čiernych dier stanú skutočnosťou. A podľa najoptimistickejších predpovedí futurológov to bude možné najskôr o 50 rokov.
Nie chlapci, nie je to tak …
Je potrebné pripustiť, že mnoho vedcov stále popiera existenciu čiernych dier. Koneckonců, ich objav a štúdium sa uskutočňuje na špičke pera. A v poslednom čase sa objavil ešte neočakávanejší predpoklad, že čierne diery vôbec nie sú dierami, ale niektoré objekty sú svojou povahou podobné bublinám kondenzátu Bose-Einstein (stav agregácie hmoty, ktorej základom sú bozóny, ochladený na teplotu blízku absolútnej nule). Túto novú hypotézu predložil vedecký pracovník Emil Mottola z teoretického odboru Národného laboratória Los Alamos spolu so spoluautorom Pavel Mazurom z University of South Carolina v Spojených štátoch.
Vysvetlenie vedcov predstavuje radikálne nový pohľad na povahu čiernych dier, ktoré nie sú prezentované ako „diery“vo vesmíre, kde hmota a svetlo nevysvetliteľne zmiznú v zóne horizontu udalostí, ale skôr ako sférické dutiny obklopené špeciálnou formou hmoty, ktorá nikdy nebola na Zemi známa. Mazur a Mottola tieto objekty nazývajú čiernymi dierami, ale gravitačnými hviezdami.
Vo vnútri gravitačnej hviezdy je priestor a čas obrátený, ako v prípade modelu čiernej diery.
Mottola a Mazur dokonca naznačujú, že vesmír, v ktorom žijeme, môže byť vnútorným plášťom obrovskej gravitačnej hviezdy.
S. Kuzmina. „Ruský priestor“