Lapset mustasta aukosta. Menetelmäopas "Mustat aukot avaruudessa ja maan päällä"

> mustia aukkoja

Mitä musta aukko- selitys lapsille: kuvaus valokuvalla, kuinka löytää maailmankaikkeus avaruudesta, miten ne ilmestyvät, tähden kuolema, galaksien supermassiiviset mustat aukot.

Pienimmille vanhemmille tai koulussa on pakko selittää että mustan aukon näkeminen tyhjänä paikkana on törkeä virhe. Päinvastoin, siihen on keskittynyt uskomaton määrä ainetta, joka on suljettu pieneen tilaan. Vastaanottaja selitys lapsille oli värikkäämpi, kuvittele, että otat 10 kertaa aurinkoa massiivisemman tähden ja yrität sovittaa sen New Yorkin kokoiselle alueelle. Tällaisen paineen seurauksena gravitaatiokenttä tulee niin voimakkaaksi, ettei kukaan, ei edes valonsäde, pääse pakoon. Teknologian kehityksen myötä NASA pystyy oppimaan lisää näistä salaperäisistä esineistä.

Aloittaa selitys lapsille Se on mahdollista siitä tosiasiasta, että termiä "musta aukko" ei ollut olemassa ennen vuotta 1967 (John Wheeler esitteli). Mutta ennen sitä useiden vuosisatojen ajan mainittiin outojen esineiden olemassaolo, jotka tiheyden ja massiivisuuden vuoksi eivät säteile valoa. Ne ennusti jopa Albert Einstein yleisessä suhteellisuusteoriassaan. Hän osoitti, että kun massiivinen tähti kuolee, jäljelle jää pieni, tiheä ydin. Jos tähti on kolme kertaa auringon massa, painovoima voittaa loput voimat ja saamme mustan aukon.

Tietysti se on tärkeää selittää lapsille että tutkijoilta viedään mahdollisuus tarkkailla näitä piirteitä suoraan (teleskoopit löytävät vain valoa, röntgenkuvat ja muut sähkömagneettisen säteilyn muodot), joten sinun ei tarvitse odottaa valokuvaa mustasta aukosta. Mutta voit laskea niiden sijainnin ja jopa määrittää koon, koska ne vaikuttavat ympäröiviin esineisiin. Esimerkiksi, jos se kulkee tähtienvälisen aineen pilven läpi, niin prosessissa se alkaa vetää ainetta sisäänpäin - kertymistä. Sama tapahtuu, jos tähti ohittaa lähellä. Totta, tähti voi räjähtää.

Vetohetkellä aine lämpenee ja kiihtyy vapauttaen röntgensäteitä avaruuteen. Viimeaikaiset löydöt ovat havainneet useita voimakkaita gammasäteilypurkauksia, jotka osoittavat, kuinka reikä nielee naapuritähtiä. Tässä vaiheessa ne stimuloivat joidenkin kasvua ja pysäyttävät toisten.

Tähden kuolema on mustan aukon alku

Suurin osa mustista aukoista on peräisin kuolevien suurten tähtien jäänteistä (supernovaräjähdykset). Pienemmät tähdet muuttuvat tiheiksi neutronitähdiksi, joilla ei ole massaa valon pitämiseen. Jos tähden massa on 3 kertaa aurinkoa suurempi, siitä tulee ehdokas mustalle aukolle. Tärkeä selittää lapsille yksi kummallisuus. Kun tähti romahtaa, sen pinta lähestyy kuvitteellista pintaa (tapahtumahorisonttia). Itse tähdellä oleva aika tulee hitaammaksi kuin tarkkailijalla. Kun pinta osuu tapahtumahorisonttiin, aika pysähtyy eikä tähti voi enää romahtaa - jäätynyt romahtava esine.

Suuremmat mustat aukot voivat ilmaantua tähtien törmäyksen jälkeen. Laukaisun jälkeen joulukuussa 2004 NASAn teleskooppi pystyi havaitsemaan voimakkaita ohikiitäviä valon välähdyksiä - gammasäteitä. Sen jälkeen Chandra ja Hubble keräsivät tietoja tapahtumasta ja ymmärsivät, että nämä välähdykset saattoivat johtua mustan aukon ja neutronitähden törmäyksestä, joka synnyttää uuden mustan aukon.

Vaikka koulutusprosessissa lapset ja vanhemmat jo selvitetty, mutta yksi hetki on edelleen mysteeri. Reiät näyttävät olevan kahdessa eri mittakaavassa. Siellä on monia mustia aukkoja - massiivisten tähtien jäänteitä. Yleensä ne ovat 10-24 kertaa massiivisempia kuin aurinko. Tiedemiehet näkevät ne jatkuvasti, jos vieras tähti lähestyy kriittisesti. Mutta useimmat mustat aukot ovat olemassa eristyksissä, eikä niitä yksinkertaisesti voida nähdä. Kuitenkin niiden tähtien lukumäärästä päätellen, jotka ovat tarpeeksi suuria tullakseen ehdokkaaksi mustaksi aukoksi, Linnunradassa pitäisi olla kymmeniä miljoonia miljardeja tällaisia ​​mustia aukkoja.

On myös supermassiivisia mustia aukkoja, jotka ovat miljoona tai jopa miljardi kertaa suurempia kuin aurinkomme. Uskotaan, että tällaiset hirviöt elävät melkein kaikkien suurten galaksien keskuksissa (mukaan lukien meidän).

Pienimmille olisi mielenkiintoista tietää mitä pitkään aikaan tutkijat uskoivat, että mustilla aukoilla ei ole keskimääräistä kokoa. Mutta Chandran, XMM-Newtonin ja Hubblen tiedot osoittavat, että ne ovat.

Ehkä supermassiiviset mustat aukot syntyvät ketjureaktion seurauksena, joka johtuu tähtien törmäyksestä tiiviissä klusteissa. Tämän vuoksi kerääntyy paljon massiivisia tähtiä, jotka romahtavat ja muodostavat mustia aukkoja. Nämä klusterit miehittävät sitten galaktisen keskuksen, jossa mustat aukot sulautuvat ja muuttuvat supermassiivisiksi edustajiksi.

Saatoit jo ymmärtää, että et voi ihailla mustaa aukkoa korkealaatuinen verkossa, koska nämä esineet eivät säteile valoa. Mutta lasten on mielenkiintoista tutkia valokuvia ja kaavioita, jotka on luotu mustien aukkojen ja tavallisen aineen kosketuksen perusteella.

konsepti musta aukko tunnetaan kaikille - koululaisista ihmisiin vanhuus, sitä käytetään sci-fi- ja fantasiakirjallisuudessa, tabloidmediassa ja tieteellisissä konferensseissa. Mutta kaikki eivät tiedä, mitä nämä reiät tarkalleen ovat.

Mustien aukkojen historiasta

1783 Ensimmäisen hypoteesin sellaisen ilmiön kuin musta aukko olemassaolosta esitti vuonna 1783 englantilainen tiedemies John Michell. Teoriassaan hän yhdisti kaksi Newtonin luomusta - optiikkaa ja mekaniikkaa. Michellin idea oli tämä: jos valo on pienten hiukkasten virta, niin kaikkien muiden kappaleiden tavoin hiukkasten pitäisi kokea gravitaatiokentän vetovoima. Osoittautuu, että mitä massiivisempi tähti, sitä vaikeampi valon on vastustaa vetovoimaansa. 13 vuotta Michellin jälkeen ranskalainen tähtitieteilijä ja matemaatikko Laplace esitti (todennäköisimmin brittiläisestä vastineestaan ​​riippumatta) samanlaisen teorian.

1915 Kaikki heidän teoksensa pysyivät kuitenkin lunastamattomina 1900-luvun alkuun asti. Vuonna 1915 Albert Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteorian ja osoitti, että painovoima on aineen aiheuttama aika-avaruuden kaarevuus, ja muutamaa kuukautta myöhemmin saksalainen tähtitieteilijä ja teoreettinen fyysikko Karl Schwarzschild käytti sitä ratkaisemaan tietyn tähtitieteellisen ongelman. Hän tutki Auringon ympärillä olevan kaarevan aika-avaruuden rakennetta ja löysi uudelleen mustien aukkojen ilmiön.

(John Wheeler loi termin "mustat aukot")

1967 Amerikkalainen fyysikko John Wheeler hahmotteli tilan, joka voidaan rypistää, kuten paperinpala, äärettömän pieneksi pisteeksi ja nimesi termin "musta aukko".

1974 Brittiläinen fyysikko Stephen Hawking osoitti, että vaikka mustat aukot nielevät aineen ilman paluuta, ne voivat lähettää säteilyä ja lopulta haihtua. Tätä ilmiötä kutsutaan "Hawking-säteilyksi".

Nykyään. Viimeisin pulsareista ja kvasaareista tehty tutkimus sekä kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn löytö ovat vihdoin mahdollistaneet mustien aukkojen käsitteen kuvaamisen. Vuonna 2013 kaasupilvi G2 tuli hyvin lähelle Mustaa aukkoa ja todennäköisesti imeytyy siihen. Ainutlaatuisen prosessin tarkkaileminen tarjoaa loistavat mahdollisuudet uusille mustan aukon ominaisuuksien löydöille.

Mitä mustat aukot oikein ovat?

Lakoninen selitys ilmiölle kuulostaa tältä. Musta aukko on aika-avaruusalue, jonka vetovoima on niin voimakas, ettei mikään esine, mukaan lukien valokvantit, pääse poistumaan siitä.

Musta aukko oli kerran massiivinen tähti. Samalla kun lämpöydinreaktiot säilyvät sen suolistossa korkeapaine kaikki pysyy normaalina. Mutta ajan myötä energiavarasto ehtyy ja taivaankappale alkaa oman painovoimansa vaikutuksesta kutistua. Tämän prosessin viimeinen vaihe on tähden ytimen romahtaminen ja mustan aukon muodostuminen.

• 1. Mustan aukon suihkutus suurella nopeudella


• 2. Ainekiekko kasvaa mustaksi aukoksi


• 3. Musta aukko


• 4. Yksityiskohtainen kaavio mustan aukon alueesta


• 5. Löytyneiden uusien havaintojen koko

Yleisin teoria on se vastaavia ilmiöitä on olemassa jokaisessa galaksissa, myös meidän keskustassa Linnunrata. Reiän valtava painovoima pystyy pitämään useita galakseja ympärillään, estäen niitä siirtymästä poispäin toisistaan. "Peittoalue" voi olla erilainen, kaikki riippuu mustaksi aukoksi muuttuneen tähden massasta ja voi olla tuhansia valovuosia.

Schwarzschildin säde

Mustan aukon tärkein ominaisuus on, että mikään siihen joutunut aine ei voi koskaan palata takaisin. Sama koskee valoa. Pohjimmiltaan reiät ovat kappaleita, jotka imevät kokonaan kaiken niihin putoavan valon eivätkä säteile omaansa. Tällaiset esineet voivat visuaalisesti näyttää absoluuttisen pimeyden hyytymiltä.

• 1. Liikkuu ainetta puolella valon nopeudella


• 2. Fotonirengas


• 3. Sisäinen fotonirengas


• 4. Tapahtumahorisontti mustassa aukossa

Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian perusteella, jos kappale lähestyy kriittistä etäisyyttä reiän keskustasta, se ei voi enää palata. Tätä etäisyyttä kutsutaan Schwarzschildin säteeksi. Mitä tällä säteellä tarkalleen tapahtuu, ei tiedetä varmasti, mutta yleisin teoria on olemassa. Uskotaan, että koko mustan aukon aine on keskittynyt äärettömän pieneen pisteeseen, ja sen keskellä on äärettömän tiheyden omaava esine, jota tiedemiehet kutsuvat singulaariseksi häiriöksi.

Kuinka se putoaa mustaan ​​aukkoon

(Kuvassa Jousimies A *:n musta aukko näyttää erittäin kirkkaalta valojoukolta)

Ei niin kauan sitten, vuonna 2011, tutkijat löysivät kaasupilven ja antoivat sille yksinkertaisen nimen G2, joka säteilee epätavallista valoa. Tällainen hehku voi aiheuttaa kitkaa kaasussa ja pölyssä, joka johtuu mustan aukon Jousimies A * vaikutuksesta ja jotka pyörivät sen ympärillä akkretion kiekon muodossa. Joten meistä tulee tarkkailijoita ihme ilmiö kaasupilven imeytyminen supermassiiviseen mustaan ​​aukkoon.

Viimeaikaisten tutkimusten mukaan lähimpänä mustaa aukkoa lähestytään maaliskuussa 2014. Voimme luoda kuvan siitä, kuinka tämä jännittävä spektaakkeli tulee toteutumaan.

• 1. Kun kaasupilvi ilmestyy dataan ensimmäisen kerran, se muistuttaa valtavaa kaasu- ja pölypalloa.


• 2. Nyt, kesäkuussa 2013, pilvi on kymmenien miljardien kilometrien päässä mustasta aukosta. Se putoaa siihen nopeudella 2500 km / s.


• 3. Pilven odotetaan ohittavan mustan aukon, mutta pilven etu- ja takareunaan vaikuttavan vetovoimaeron aiheuttamat vuorovesivoimat saavat sen pidentymään yhä enemmän.


• 4. Kun pilvi hajoaa, suurin osa siitä todennäköisesti sulautuu Jousimies A*:n ympärillä olevaan accretion-levyyn ja syntyy siihen shokkiaallot. Lämpötila nousee useisiin miljooniin asteisiin.


• 5. Osa pilvestä putoaa suoraan mustaan ​​aukkoon. Kukaan ei tiedä tarkalleen, mitä tälle aineelle tapahtuu, mutta on odotettavissa, että putoamisen aikana se päästää voimakkaita virtoja. röntgenkuvat eikä kukaan muu näe sitä.

Video: musta aukko nielee kaasupilven

(Tietokone simulaatio siitä, kuinka paljon G2-kaasupilvestä musta aukko Jousimies A* tuhoaa ja kuluttaa)

Mitä mustan aukon sisällä on?

On olemassa teoria, joka väittää, että sisällä oleva musta aukko on käytännössä tyhjä ja koko sen massa on keskittynyt uskomattoman pieneen pisteeseen, joka sijaitsee sen keskellä - singulaarisuus.

Toisen puoli vuosisataa olemassa olleen teorian mukaan kaikki, mikä putoaa mustaan ​​aukkoon, menee toiseen universumiin, joka sijaitsee itse mustassa aukossa. Nyt tämä teoria ei ole tärkein.

Ja on kolmas, nykyaikaisin ja sitkein teoria, jonka mukaan kaikki, mikä putoaa mustaan ​​aukkoon, liukenee merkkijonojen värähtelyyn sen pinnalla, joka on nimetty tapahtumahorisontiksi.

Mikä sitten on tapahtumahorisontti? Mustan aukon sisään on mahdotonta katsoa edes supervoimakkaalla kaukoputkella, koska edes valolla, joka pääsee valtavan kosmisen suppilon sisään, ei ole mahdollisuutta nousta takaisin. Kaikki, mitä voidaan jotenkin harkita, on sen välittömässä läheisyydessä.

Tapahtumahorisontti on pinnan ehdollinen viiva, jonka alta mikään (kaasu, ei pöly, tähdet tai valo) ei pääse karkaamaan. Ja tämä on hyvin mystinen kohta, josta ei ole paluuta maailmankaikkeuden mustissa aukoissa.

Ällyttävin paikka.

Avaruudessa ei ole salaperäisempää ja pelottavampaa kohdetta kuin musta aukko.
Yksi lause herättää jo selittämätöntä pelkoa: se piirtää kuvan kaiken imevästä kuilusta. Ennen häntä kaupunkilaiset eivät ole ujoja, vaan myös astrofyysikot vapisevat. "Kaikista ihmismielen luomuksista mytologisista yksisarvisista ja lohikäärmeistä vetypommi, ehkä fantastisin on musta aukko. Avaruuden reikä, jossa on hyvin tarkat reunat, johon mikä tahansa voi pudota ja josta mikään ei pääse ulos. Reikä, jossa gravitaatiovoima on niin suuri, että jopa valo vangitaan ja pidetään tässä ansassa. Reikä, joka vääntää tilaa ja vääristää ajan kulkua. Kuten yksisarviset ja lohikäärmeet, mustat aukot näyttävät enemmän tieteiskirjallisuudesta tai muinaisista myyteistä kuin todellisista esineistä. Mustien aukkojen olemassaolo seuraa kuitenkin väistämättä fysikaalisista laeista. Pelkästään galaksissamme niitä voi olla miljoonia ”, sanoi Kip Stephen Thorne, tunnettu tiedemies, California Institute of Technologyn (USA) osaston johtaja, Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian jäsen, jäsen. NASAn akateemisen neuvoston mustista aukoista.
Fantastisen voimansa lisäksi mustilla aukoilla on hämmästyttävä omaisuus muuta tilaa ja aikaa itsessäsi. Ne kiertyvät ensin eräänlaiseksi suppiloksi ja sitten ylitettyään tietyn rajan reiän syvyyksissä ne hajoavat kvantteiksi. Mustan aukon sisällä, tämän erikoisen gravitaatiokuilun reunan takana, josta ei ole ulospääsyä, virtaavat hämmästyttävät fyysiset prosessit, uudet luonnonlait ilmenevät.
Monien asiantuntijoiden mukaan mustat aukot ovat maailmankaikkeuden mahtavimpia energianlähteitä. Näemme niitä luultavasti kaukaisissa kvasaareissa, räjähtävissä galaktisissa ytimissä. Oletetaan, että mustista aukoista tulee tulevaisuudessa ihmiskunnan energianlähteitä.

Maailmanloppu on täällä.

Miten mustat aukot muodostuvat? Astrofyysikkojen mukaan suurin osa niistä syntyy suurten tähtien kuoleman jälkeen. Jos tähden massa on kaksi kertaa auringon massa, niin tähti voi elämänsä lopussa räjähtää supernovana. Mutta jos räjähdyksen jälkeen jäljelle jäänyt aineen massa ylittää edelleen kaksi auringon massaa, tähden pitäisi kutistua pieneksi tiheäksi kappaleeksi, koska gravitaatiovoimat tukahduttavat täysin sisäisen puristusvastuksen. Tutkijat uskovat, että juuri tällä hetkellä katastrofaalinen gravitaatioromahdus johtaa mustan aukon syntymiseen. He uskovat, että lämpöydinreaktioiden päättyessä tähti ei voi enää olla vakaassa tilassa. Sitten massiiviselle tähdelle jää yksi väistämätön polku - yleisen ja täydellisen puristumisen polku, joka muuttaa sen näkymättömäksi mustaksi aukoksi.
Miksi ne ovat näkymättömiä?
- Jo nimi "mustat aukot" viittaa siihen, että tämä on luokka esineitä, joita ei voi nähdä, - selittää Valtion tähtitieteellisen instituutin radioastronomian osaston johtaja. Sternberg fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti Valentin Esipov. - Niiden painovoimakenttä on niin voimakas, että jos jollain tavalla olisi mahdollista päästä lähelle mustaa aukkoa ja suunnata voimakkaimman valonheittimen säde poispäin sen pinnalta, niin tätä valonheitintä ei olisi mahdollista nähdä edes etäisyydeltä, joka ei ylitä etäisyys maasta aurinkoon.
Todellakin, vaikka pystyisimme keskittämään kaiken Auringon valon tähän voimakkaaseen valonheittimeen, emme näkisi sitä, koska valo ei pystyisi voittamaan mustan aukon gravitaatiokentän vaikutusta siihen ja poistumaan sen pinnalta. Siksi tällaista pintaa kutsutaan absoluuttiseksi tapahtumahorisontiksi. Se edustaa mustan aukon rajaa. Ja mitä siellä ulkomailla piilee?

Mennään helvettiin.

Suurin osa mielenkiintoinen kuvaus Mustan aukon "sisäosa" kuuluu jo mainitsemamme amerikkalaiselle fyysikolle ja tähtitieteilijälle Kip Stephen Thornelle. "Kuvittele, että olet ison kapteeni avaruusalus tähtiluokka, ehdottaa tiedemies kirjassaan Journey among Black Holes. - Maantieteellisen seuran ohjeiden mukaan sinun täytyy tutkia useita mustia aukkoja, jotka sijaitsevat suurilla etäisyyksillä toisistaan ​​tähtienvälisessä avaruudessa ja lähettämään radiosignaalien avulla kuvaus havainnoistasi Maahan.

Oltuaan tien päällä 4 vuotta ja 8 kuukautta, laivasi hidastaa maata lähimpänä olevan mustan aukon, nimeltä Hades (helvetti), lähellä Vega-tähteä. Mustan aukon läsnäolo on havaittavissa televisioruudulla: tähtienvälisessä avaruudessa hajallaan olevat vetyatomit vedetään sisään sen gravitaatiokentällä. Kaikkialla, missä näet niiden liikkuvan: hitaasti pois reiästä ja nopeammin, kun tulet lähemmäs sitä. Se on kuin vesi putoaisi Niagaran putouksilla, paitsi että atomit putoavat paitsi idästä, myös lännestä, pohjoisesta, etelästä, ylhäältä ja alhaalta - kaikkialta. Jos et tee mitään, sinuakin vedetään sisäänpäin.

Joten sinun on käytettävä suurta varovaisuutta siirtääksesi tähtialuksen vapaan pudotuksen radalta pyöreälle kiertoradalle mustan aukon ympäri (samanlainen kuin Maan ympäri kiertävien keinotekoisten satelliittien kiertoradat), jotta kiertoradan liikkeesi keskipakovoima kompensoi mustan aukon painovoimalle. Tunnet olosi turvalliseksi, käynnistät laivan moottorit ja valmistaudut tutkimaan mustaa aukkoa.

Ensinnäkin kaukoputkissa tarkkailet putoavien vetyatomien lähettämää sähkömagneettista säteilyä. Kaukana mustasta aukosta ne ovat niin kylmiä, että ne lähettävät vain radioaaltoja. Mutta lähempänä reikää, jossa atomit putoavat nopeammin, ne törmäävät toisinaan toisiinsa, kuumenevat useisiin tuhansiin asteisiin ja alkavat säteillä valoa. Jopa lähempänä mustaa aukkoa, liikkuvat paljon nopeammin, ne kuumenevat törmäyksissä useisiin miljooniin asteisiin ja lähettävät röntgensäteitä.

Osoittamalla kaukoputkesi "sisään" ja jatkamalla mustan aukon lähestymistä, "näet" vetyatomien lähettämät gammasäteet, jotka on kuumennettu vielä enemmän. korkeita lämpötiloja. Ja lopuksi aivan keskeltä löydät itse mustan aukon tumman levyn.
Seuraava askel on mitata huolellisesti aluksen kiertoradan pituus. Tämä on noin miljoona kilometriä eli puolet Kuun kiertoradan pituudesta Maan ympäri. Sitten katsot kaukaisia ​​tähtiä ja näet, että ne liikkuvat kuten sinä. Kun katsot niiden ilmeistä liikettä, huomaat, että tarvitset 5 minuuttia. 46 s tehdäksesi yhden kierroksen mustan aukon ympäri. Tämä on "kiertoratajaksosi".

Kun tiedät kierrosajan ja kiertoradan pituuden, voit laskea mustan aukon Hades (helvetti) massan. Se on 10 kertaa suurempi kuin aurinko. Tämä on pohjimmiltaan mustaan ​​aukkoon koko sen historian aikana kertynyt kokonaismassa ja sisältää noin 2 miljardia vuotta sitten mustan aukon romahtaneen tähden massa, kaiken tähtienvälisen vedyn massa, joka on vedetty siihen sen syntymästä lähtien. ja myös kaikkien sen päälle pudonneiden asteroidien ja eksyneiden tähtialusten massa.

Sen pinnan tai horisontin mielenkiintoisimmat ominaisuudet - raja, jonka vuoksi kaikki reikään putoava ei voi enää palata. Rajat, joiden takia tähtialus ja edes minkäänlainen säteily ei pääse pakoon: radioaallot, valo, röntgen- tai gammasäteet...
Vaikka voit laskea kaikki mustan aukon ominaisuudet mustan aukon ulkopuolelta sen massan ja liikemäärän perusteella, et voi oppia mitään sen sisältä. Sillä voi olla epäsäännöllinen rakenne ja se voi olla erittäin epäsymmetrinen. Kaikki tämä riippuu mustan aukon muodostumiseen johtaneen romahduksen yksityiskohdista sekä myöhemmän tähtienvälisen vedyn vetäytymisen ominaisuuksista. Joten reiän halkaisijaa ei yksinkertaisesti voida laskea.

Näiden tulosten avulla voit tutkia mustan aukon horisontin läheisyyttä...

Hyvästit miehistölle, kiipeät laskeutumisajoneuvoon ja poistut aluksesta pysyen aluksi samalla ympyräradalla, fyysikko Thorne jatkaa. - Sitten käynnistämällä rakettimoottorin hidasta hieman hidastaaksesi kiertoradaasi. Samanaikaisesti alat kiertää kierrettä kohti horisonttia siirtyessäsi ympyräradalta toiselle. Tavoitteesi on siirtyä ympyränmuotoiselle kiertoradalle, jonka kehä on hieman suurempi kuin horisontin pituus. Kun liikut spiraalissa, kiertoradan pituus pienenee vähitellen - miljoonasta kilometristä 500 tuhanteen, sitten 100 tuhanteen, 90 tuhanteen, 80 tuhanteen. Ja sitten alkaa tapahtua jotain outoa.

Kun olet painottomuuden tilassa, olet ripustettuna laitteeseesi, vaikka jaloillasi - mustaan ​​aukkoon ja päälläsi - aluksenne ja tähtien kiertoradalle. Mutta vähitellen alat tuntea, että joku vetää jalkojasi alas ja ylös - pään takana. Ymmärrät, että syy on mustan aukon vetovoima: jalat ovat lähempänä reikää kuin pää, joten ne vetoavat voimakkaammin. Sama pätee tietysti maan päällä, mutta ero jalkojen ja pään vetovoimassa on siellä mitätön, joten kukaan ei huomaa sitä. Liikkuessanne 80 000 km pitkällä kiertoradalla mustan aukon yläpuolella, tunnet tämän eron melko selvästi - vetovoiman ero on 1/8 maan painovoimasta (1/8 g). Keskipakovoima, joka johtuu liikkeestäsi kiertoradalla, kompensoi kehosi keskipisteessä olevan reiän vetoa, jolloin voit kellua vapaasti painottomuudessa, mutta ylimääräinen 1/16 g vetovoima vaikuttaa jalkoihin, päinvastoin. , pää vetää heikosti ja keskipakovoima vetää sen ylös täsmälleen samalla lisäkiihtyvyydellä - 1/16 g.
Hieman hämmentyneenä jatkat spiraaliasi, mutta yllätys muuttuu nopeasti huoleksi: kiertoradan kutistuessa sinua vetävät voimat kasvavat yhä nopeammin. Kun radan pituus on 64 tuhatta km, ero on 1/4 g, 51 tuhannen km:n kohdalla se on 1/2 g ja 40 tuhannen km:n kohdalla se saavuttaa maan täyden painon. Puristaen hampaitasi ponnistelusta jatkat liikkumista spiraalina. Kun kiertoradan pituus on 25 tuhatta km, venytysvoima on 4 g, ts. neljä kertaa painosi maan päällä ja 16 tuhannen km:n kohdalla - 16 g. Et voi enää seistä pystyssä. Yrität ratkaista tämän ongelman käpristymällä ja vetämällä jalkojasi päätäsi kohti, mikä vähentää voimien eroa. Mutta ne ovat jo niin suuria, että ne eivät anna sinun taipua - ne venytetään jälleen pystysuunnassa (suunnassa, joka on säteittäinen mustaan ​​aukkoon nähden).

Mitä tahansa teetkin, mikään ei auta. Ja jos kierre jatkuu, kehosi ei kestä sitä - se repeytyy. Joten ei ole toivoa päästä horisontin läheisyyteen...
Murtunut, voittamalla hirviömäisen kivun, lopetat laskeutumisen ja siirrät laitteen ensin ympyräradalle ja alat sitten varovasti ja hitaasti liikkua laajenevaa spiraalia pitkin siirtyen ympyräradoille isompi koko kunnes pääset tähtialukseen."

Thornen tarina kuulostaa toistaiseksi tieteiskirjalliselta. Ja se on suunniteltu ajalle, jolloin ihminen saavuttaa niin menestyksen tekniikan ja teknologian kehityksessä, että galaksien väliset lennot ja rengasmaailmojen rakentaminen mustien aukkojen ympärille tulevat todellisuutta. Ja futurologien optimistisimpien ennusteiden mukaan tämä on mahdollista aikaisintaan 50 vuoden kuluttua.

Ei pojat, se ei ole niin...

On myönnettävä, että monet tutkijat kiistävät edelleen mustien aukkojen olemassaolon. Loppujen lopuksi niiden löytäminen ja tutkiminen tapahtuu kynän kärjessä. Ja äskettäin on ilmestynyt vielä odottamattomampi oletus, että mustat aukot eivät ole lainkaan reikiä, vaan joitain esineitä, jotka ovat luonteeltaan enemmän samanlaisia ​​kuin Bose-Einstein-kondensaatin kuplia (aineaggregaatti, joka perustuu bosoneihin, jotka on jäähdytetty lähelle absoluuttinen nolla). Tämän uuden hypoteesin ehdotti tutkija Emil Mottola Los Alamos National Laboratoryn teoreettisesta osastosta yhdessä yhdysvaltalaisen Etelä-Carolinan yliopiston Pavel Mazurin kanssa.

Tutkijoiden selitykset vaikuttavat dramaattisesti Uusi ilme mustien aukkojen luonteesta, joita ei esitetä "reikinä" avaruudessa, jossa aine ja valo selittämättömästi katoavat tapahtumahorisonttivyöhykkeelle, vaan pallomaisia ​​tyhjiä tiloja, joita ympäröi maapallolla koskaan ennen tuntematon erityinen aineen muoto. Mazur ja Mottola eivät kutsu näitä esineitä mustiksi aukoiksi, vaan gravitaatiotähdiksi.

Gravitaatiotähden sisällä avaruus ja aika ovat käänteisiä, aivan kuten mustan aukon mallissa.
Mottola ja Mazur jopa ehdottavat, että universumi, jossa elämme, voisi olla jättimäisen gravitaatiotähden sisäkuori.

Mitä ovat mustat aukot?

Lapset Luuletko koskaan näkeväsi tyhjiövaikutuksen huoneessasi? Kun teet jotain, pidä sitä silmällä, sillä näet kuinka lika ja roskat alkavat liikkua kohti pölynimuria. Musta aukko on kuin pölynimuri, mutta vain avaruudessa. Voimakas imu ei kuitenkaan johda esineiden putoamiseen mustaan ​​aukkoon. Imuvoima ei ole tarpeeksi vahva. Sen sijaan musta aukko käyttää painovoimaa vetääkseen kaiken ympärilleen.

Miten mustat aukot muodostuvat? Selitys lapsille

Kun suuren tähden polttoaine loppuu, se ei enää kestä painoaan. Massiivisten vetykerrosten aiheuttama paine saa tähden kutistumaan yhä vähemmän. Lopulta tähdestä tulee atomia pienempi. Kuvittele hetkeksi, lapset, että koko tähti on murskattu pisteeseen, joka on pienempi kuin atomi.

Kuinka jokin voi olla pienempi, mutta säilyttää saman määrän massaa?

Itse asiassa kaikki on hyvin yksinkertaista. Ota lapsille pullon kokoinen sieni, voit murskata sen helposti käsissäsi. Mutta tässä on mielenkiintoinen kohta. Jos teet jotain pienempää puristamalla sitä, sen painovoima vahvistuu. Kuvittele lapset, jos puristat tähden atomin kokoiseksi, kuinka voimakkaaksi sen painovoima tulee?

Mustan aukon painovoima on niin voimakas, että se imee kaiken, jopa liian lähelle tulevan valon. Aivan oikein, edes valo ei pääse pakoon mustasta aukosta.

Mustan aukon rakenne. Tähtitiede lapsille

Mustat aukot koostuvat kolmesta pääosasta. Mustan aukon ulkokerrosta kutsutaan ulommaksi tapahtumahorisonttiksi. Ulkoisen tapahtumahorisontin sisällä voit silti paeta mustan aukon painovoimaa, koska painovoima ei ole täällä yhtä voimakas. Mustan aukon keskimmäistä kerrosta kutsutaan sisäiseksi tapahtumahorisonttiksi. Jos ette paenneet mustan aukon painovoimaa ennen kuin astuitte sisäiseen tapahtumahorisonttiin, niin te lapset menetitte tilaisuutenne. Painovoima tässä kerroksessa on paljon voimakkaampi eikä päästä irti esineistä, joihin se tarttuu. Tässä vaiheessa alat pudota kohti mustan aukon keskustaa. Mustan aukon keskustaa kutsutaan singulaariseksi. Tämä outo sana tarkoittaa murskattua tähteä. Singularity on paikka, jossa mustan aukon painovoima on voimakkain.

Kuinka voit pudota mustaan ​​aukkoon?

Ajattele maapalloa. Jos pääset liian lähelle Maata, törmäät sen painovoimaan. Maapallolla voisit lentää uudelleen avaruuteen raketilla. Kuitenkin, jos putoat mustaan ​​aukkoon, lapset eivät pääse ulos, koska painovoima on niin vahva.

Mustat aukot ovat yksi maailmankaikkeuden hämmästyttävimmistä ja samalla pelottavimmista esineistä. Ne syntyvät sillä hetkellä, kun tähdistä, joilla on valtava massa, loppuvat ydinpolttoaine. Ydinreaktiot pysähtyvät ja tähdet alkavat jäähtyä. Tähden runko kutistuu painovoiman vaikutuksesta ja alkaa vähitellen vetää puoleensa pienempiä esineitä muuttuen mustaksi aukoksi.

Ensimmäiset opinnot

Tieteen valovoimat alkoivat tutkia mustia aukkoja ei niin kauan sitten, huolimatta siitä, että niiden olemassaolon peruskäsitteet kehitettiin viime vuosisadalla. J. Wheeler esitteli "mustan aukon" käsitteen vuonna 1967, vaikka päätelmä, että nämä esineet syntyvät väistämättä massiivisten tähtien romahtamisen aikana, tehtiin jo viime vuosisadan 30-luvulla. Kaikki mustan aukon sisällä - asteroidit, valo, sen absorboimat komeetat - lähestyi kerran liian lähelle tämän salaperäisen kohteen rajoja, eikä se onnistunut poistumaan niistä.

Mustan aukon reunat

Ensimmäistä mustan aukon rajoja kutsutaan staattiseksi rajaksi. Tämä on alueen raja, jolle putoamassa vieras esine ei voi enää olla levossa ja alkaa pyöriä suhteessa mustaan ​​aukkoon välttääkseen putoamisen siihen. Toista rajaa kutsutaan tapahtumahorisonttiksi. Kaikki mustan aukon sisällä ylitti kerran sen ulkorajan ja siirtyi kohti singulariteettipistettä. Tiedemiesten mukaan tässä aine virtaa tähän keskipisteeseen, jonka tiheys pyrkii äärettömän arvoon. Ihmiset eivät voi tietää, mitkä fysiikan lait toimivat tämän tiheyden esineiden sisällä, ja siksi on mahdotonta kuvata tämän paikan ominaisuuksia. Sanan kirjaimellisessa merkityksessä se on "musta aukko" (tai kenties "aukko") ihmiskunnan tiedossa ympärillämme olevasta maailmasta.

Mustien aukkojen rakenne

Tapahtumahorisontti on mustan aukon vallitsematon raja. Tämän rajan sisällä on vyöhyke, jota edes valon nopeutta vastaavat esineet eivät pääse poistumaan. Edes valon kvantit eivät voi poistua tapahtumahorisontista. Tässä vaiheessa mikään esine ei voi paeta mustasta aukosta. Määritelmän mukaan emme voi tietää, mitä mustan aukon sisällä on - sen syvyyksissä on niin sanottu singulaarisuuspiste, joka muodostuu aineen lopullisen puristumisen seurauksena. Kun esine tulee tapahtumahorisonttiin, siitä lähtien se ei voi enää koskaan murtautua siitä ulos ja tulla havaitsejien näkyväksi. Toisaalta ne, jotka ovat mustien aukkojen sisällä, eivät näe mitään, mitä ulkopuolella tapahtuu.

Tätä mystistä kosmista objektia ympäröivän tapahtumahorisontin koko on aina suoraan verrannollinen itse reiän massaan. Jos sen massa kaksinkertaistuu, myös ulkoraja on kaksi kertaa suurempi. Jos tiedemiehet löytäisivät tavan muuttaa maapallo mustaksi aukoksi, tapahtumahorisontti olisi vain 2 cm leveä.

Pääluokat

Yleensä keskimääräisten mustien aukkojen massa on suunnilleen yhtä suuri kuin kolme auringon massaa tai enemmän. Kahdesta mustista aukoista erotetaan tähti- ja supermassiiviset aukot. Niiden massa ylittää Auringon massan useita satojatuhansia kertoja. Tähdet muodostuvat suurten taivaankappaleiden kuoleman jälkeen. Normaalimassaiset mustat aukot ilmestyvät valmistumisen jälkeen elinkaari suuria tähtiä. Molemmista mustista aukoista huolimatta eri alkuperää, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Supermassiiviset mustat aukot sijaitsevat galaksien keskuksissa. Tiedemiehet ehdottavat, että ne muodostuivat galaksien muodostumisen aikana lähellä vierekkäisten tähtien sulautumisen vuoksi. Nämä ovat kuitenkin vain arvauksia, joita ei vahvista faktat.

Mitä mustan aukon sisällä on: olettamuksia

Jotkut matemaatikot uskovat, että näiden salaperäisten universumin esineiden sisällä on niin kutsuttuja madonreikiä - siirtymiä muihin universumeihin. Toisin sanoen singulaarisuuspisteessä sijaitsee aika-avaruustunneli. Tämä konsepti on palvellut monia kirjoittajia ja ohjaajia. Suurin osa tähtitieteilijöistä kuitenkin uskoo, että universumien välillä ei ole tunneleita. Kuitenkin, vaikka ne todella olisivat, henkilö ei voi tietää, mitä mustan aukon sisällä on.

On olemassa toinen käsite, jonka mukaan sellaisen tunnelin vastakkaisessa päässä on valkoinen aukko, josta valtava määrä energiaa tulee universumistamme mustien aukkojen kautta toiseen maailmaan. Kuitenkin tässä tieteen ja teknologian kehityksen vaiheessa tällainen matkustaminen ei tule kysymykseen.

Yhteys suhteellisuusteoriaan

Mustat aukot ovat yksi A. Einsteinin hämmästyttävimmistä ennusteista. Tiedetään, että minkä tahansa planeetan pinnalle muodostuva gravitaatiovoima on kääntäen verrannollinen sen säteen neliöön ja suoraan verrannollinen sen massaan. Tälle taivaankappaleelle voit määritellä toisen kosmisen nopeuden käsitteen, joka on välttämätön tämän gravitaatiovoiman voittamiseksi. Maapallolla se on 11 km/s. Jos taivaankappaleen massa kasvaa ja halkaisija päinvastoin pienenee, toinen kosminen nopeus voi lopulta ylittää valon nopeuden. Ja koska suhteellisuusteorian mukaan mikään esine ei voi liikkua nopeampi nopeus valo, silloin muodostuu esine, joka ei anna minkään murtautua rajoistaan.

Vuonna 1963 tutkijat löysivät kvasaarit - avaruusobjektit, jotka ovat jättimäisiä radiosäteilyn lähteitä. Ne sijaitsevat hyvin kaukana galaksistamme - niiden etäisyys on miljardeja valovuosia Maasta. Selittääkseen kvasaarien äärimmäisen korkean aktiivisuuden tutkijat ovat ottaneet käyttöön hypoteesin, että niiden sisällä on mustia aukkoja. Tämä näkemys on nykyään yleisesti hyväksytty tieteellisissä piireissä. Viimeisten 50 vuoden aikana tehdyt tutkimukset eivät ole vain vahvistaneet tätä hypoteesia, vaan myös johtaneet tutkijat siihen johtopäätökseen, että jokaisen galaksin keskustassa on mustia aukkoja. Myös galaksimme keskustassa on tällainen kohde, sen massa on 4 miljoonaa auringon massaa. Tätä mustaa aukkoa kutsutaan Jousimies A:ksi, ja koska se on lähinnä meitä, se on tähtitieteilijöiden eniten tutkima.

Hawkingin säteily

Tämäntyyppinen säteily, jonka kuuluisa fyysikko Stephen Hawking löysi, vaikeuttaa suuresti nykyaikaisten tutkijoiden elämää - tämän löydön vuoksi mustien aukkojen teoriassa on ilmennyt monia vaikeuksia. Klassisessa fysiikassa on tyhjiön käsite. Tämä sana tarkoittaa täydellistä tyhjyyttä ja aineen puuttumista. Kvanttifysiikan kehityksen myötä tyhjiön käsite on kuitenkin muuttunut. Tutkijat ovat havainneet, että se on täynnä niin sanottuja virtuaalisia hiukkasia - vahvan kentän vaikutuksesta ne voivat muuttua todellisiksi. Vuonna 1974 Hawking havaitsi, että tällaisia ​​muutoksia voi tapahtua mustan aukon voimakkaassa gravitaatiokentässä - lähellä sen ulkorajaa, tapahtumahorisonttia. Tällainen syntymä on paritettu - hiukkanen ja antihiukkanen ilmestyvät. Yleensä antihiukkanen on tuomittu putoamaan mustaan ​​aukkoon, ja hiukkanen lentää pois. Tämän seurauksena tutkijat havaitsevat jonkin verran säteilyä näiden avaruusobjektien ympärillä. Sitä kutsutaan Hawkingin säteilyksi.

Tämän säteilyn aikana mustan aukon sisällä oleva aine haihtuu hitaasti. Reikä menettää massaa, kun taas säteilyn intensiteetti on kääntäen verrannollinen sen massan neliöön. Hawkingin säteilyn intensiteetti on kosmisten standardien mukaan mitätön. Jos oletetaan, että siellä on reikä, jonka massa on 10 aurinkoa, eikä valo tai aineelliset esineet putoa siihen, silloinkin sen hajoamisaika on hirvittävän pitkä. Tällaisen reiän käyttöikä ylittää universumimme koko eliniän 65 suuruusluokkaa.

Kysymys tiedon tallentamisesta

Yksi suurimmista ongelmista, jotka ilmenivät Hawkingin säteilyn löytämisen jälkeen, on tiedon menetys. Se liittyy kysymykseen, joka näyttää ensi silmäyksellä hyvin yksinkertaiselta: mitä tapahtuu, kun musta aukko haihtuu kokonaan? Molemmat teoriat - sekä kvanttifysiikka että klassinen - käsittelevät järjestelmän tilan kuvausta. Kun on tietoa järjestelmän alkutilasta, teorian avulla voidaan kuvata, miten se muuttuu.

Samaan aikaan evoluutioprosessissa tiedot alkuperäisestä tilasta eivät katoa - toimii eräänlainen tiedon säilyttämistä koskeva laki. Mutta jos musta aukko haihtuu kokonaan, tarkkailija menettää tiedon siitä fyysisen maailman osasta, joka kerran putosi reikään. Stephen Hawking uskoi, että tiedot järjestelmän alkutilasta palautuvat jollain tavalla, kun musta aukko on haihtunut kokonaan. Mutta vaikeus piilee siinä, että määritelmän mukaan tiedon välittäminen mustasta aukosta on mahdotonta - mikään ei voi poistua tapahtumahorisontista.

Mitä tapahtuu, jos joudut mustaan ​​aukkoon?

Uskotaan, että jos ihminen jollain uskomattomalla tavalla pääsisi mustan aukon pinnalle, se alkaisi välittömästi vetää häntä itseensä. Lopulta henkilö venyisi niin paljon, että hänestä tulisi subatomisten hiukkasten virta, joka liikkuu kohti singulaarisuuspistettä. Tietenkin on mahdotonta todistaa tätä hypoteesia, koska tiedemiehet eivät todennäköisesti koskaan tiedä, mitä mustien aukkojen sisällä tapahtuu. Nyt jotkut fyysikot sanovat, että jos ihminen putoaisi mustaan ​​aukkoon, hänellä olisi klooni. Ensimmäinen hänen versioistaan ​​tuhoutuisi välittömästi Hawking-säteilyn kuumien hiukkasten virran vaikutuksesta, ja toinen kulkisi tapahtumahorisontin läpi ilman mahdollisuutta palata takaisin.