ילדים על חור שחור. מדריך מתודי "חורים שחורים בחלל ובכדור הארץ"

> חורים שחורים

מה חור שחור- הסבר לילדים: תיאור עם תמונה, איך למצוא את היקום בחלל, איך הם מופיעים, מותו של כוכב, חורים שחורים סופר מסיביים של גלקסיות.

להורים הכי קטניםאוֹ בבית הספרצריך להסבירשלתפוס חור שחור כמקום ריק זו טעות גסה. להיפך, מרוכזת בו כמות מדהימה של חומר, שנסגר בחלל קטן. ל הסבר לילדיםהיה צבעוני יותר, רק דמיינו לעצמכם לקחת כוכב מסיבי פי 10 מהשמש ולנסות להתאים אותו לאזור בגודל של ניו יורק. עקב לחץ כזה, שדה הכבידה נעשה כה חזק שאיש, אפילו לא אלומת אור, לא יכול לברוח. עם התפתחות הטכנולוגיה, נאס"א מסוגלת ללמוד יותר על העצמים המסתוריים הללו.

להתחיל הסבר לילדיםייתכן מהעובדה שהמונח "חור שחור" לא היה קיים עד 1967 (שהוצג על ידי ג'ון ווילר). אבל לפני כן, במשך כמה מאות שנים, הוזכר קיומם של עצמים מוזרים, אשר בשל צפיפותם ומסיביותם אינם פולטים אור. הם אפילו נחזה על ידי אלברט איינשטיין בתורת היחסות הכללית שלו. היא הוכיחה שכאשר כוכב מסיבי מת, נשארת ליבה קטנה וצפופה. אם הכוכב גדול פי שלושה ממסת השמש, אז הכבידה מתגברת על שאר הכוחות, ונקבל חור שחור.

כמובן שזה חשוב להסביר לילדיםשלחוקרים נמנעת ההזדמנות לצפות בתכונות הללו ישירות (טלסקופים מוצאים רק אור, צילומי רנטגןוצורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית), כך שאין צורך לחכות לצילום של חור שחור. אבל אתה יכול לחשב את מיקומם ואפילו לקבוע את הגודל בשל ההשפעה שיש להם על העצמים שמסביב. למשל, אם הוא עובר דרך ענן של חומר בין-כוכבי, אז תוך כדי כך הוא יתחיל למשוך חומר פנימה – הצטברות. אותו דבר יקרה אם כוכב יעבור בקרבת מקום. נכון, כוכב יכול להתפוצץ.

ברגע המשיכה החומר מתחמם ומאיץ ומשחרר קרני רנטגן לחלל. התגליות האחרונות הבחינו בכמה התפרצויות עוצמתיות של קרני גמא, המדגימות כיצד החור זולל כוכבים שכנים. בשלב זה, הם מעוררים את הצמיחה של חלקם ועוצרים אחרים.

מותו של כוכב הוא תחילתו של חור שחור

רוב החורים השחורים מגיעים משרידי כוכבים גדולים גוססים (פיצוצי סופרנובה). כוכבים קטנים יותר הופכים לכוכבי נויטרונים צפופים שאין להם מסה להחזיק אור. אם המסה של כוכב גדולה פי 3 מהשמש, אז הוא הופך למועמד לחור שחור. חָשׁוּב להסביר לילדיםמוזרות אחת. כאשר כוכב קורס, פני השטח שלו מתקרבים למשטח דמיוני (אופק אירועים). הזמן על הכוכב עצמו הופך איטי יותר מאשר על המתבונן. כאשר פני השטח פוגעים באופק האירועים, הזמן עוצר והכוכב כבר לא יכול להתמוטט - עצם מתמוטט קפוא.

חורים שחורים גדולים יותר מסוגלים להופיע לאחר התנגשות כוכבים. לאחר השיגור בדצמבר 2004, הטלסקופ של נאס"א הצליח לזהות הבזקי אור חזקים וחולפים - קרני גמא. לאחר מכן, צ'נדרה והאבל אספו נתונים על האירוע והבינו שההבזקים הללו יכולים להיות תוצאה של התנגשות בין חור שחור לכוכב נויטרונים, מה שמוליד חור שחור חדש.

אמנם בתהליך חינוך יְלָדִיםו הוריםכבר הבנתי, אבל רגע אחד נשאר בגדר תעלומה. נראה שהחורים קיימים בשני סולמות שונים. ישנם חורים שחורים רבים - שרידים של כוכבים מסיביים. ככלל, הם מסיביים פי 10-24 מהשמש. מדענים רואים אותם כל הזמן אם כוכב זר מתקרב באופן קריטי. אבל רוב החורים השחורים קיימים בבידוד ופשוט לא ניתן לראותם. עם זאת, אם לשפוט לפי מספר הכוכבים שגדולים מספיק כדי להפוך למועמדים לחור שחור, אז אמורים להיות עשרות מיליוני מיליארדים של חורים שחורים כאלה בשביל החלב.

ישנם גם חורים שחורים סופר מסיביים, שגדולים פי מיליון או אפילו מיליארד מהשמש שלנו. מאמינים שמפלצות כאלה חיות במרכזן של כמעט כל הגלקסיות הגדולות (כולל שלנו).

לקטנטניםיהיה מעניין לדעת מה במשך זמן רבמדענים האמינו שאין גודל ממוצע לחורים שחורים. אבל נתונים מצ'נדרה, XMM-Newton והאבל מראים שכן.

אולי חורים שחורים סופר מסיביים מופיעים עקב תגובת שרשרת הנגרמת מהתנגשות של כוכבים בצבירים קומפקטיים. בגלל זה מצטברים הרבה כוכבים מסיביים, שקורסים ומייצרים חורים שחורים. צבירים אלה תופסים אז את המרכז הגלקטי, שבו חורים שחורים מתמזגים והופכים לנציג סופר-מסיבי.

כבר יכולת להבין שלא תוכל להתפעל מהחור השחור שבו איכות גבוההבאינטרנט, כי חפצים אלה אינם פולטים אור. אבל זה יהיה מעניין לילדים ללמוד תמונות ודיאגרמות שנוצרו על בסיס מגע של חורים שחורים וחומר רגיל.

מוּשָׂג חור שחורידוע לכולם - מתלמידי בית ספר ועד אנשים גיל מבוגר, הוא משמש בספרות מדע בדיוני ופנטזיה, בתקשורת בצהובונים ובכנסים מדעיים. אבל לא כולם יודעים מה הם בדיוק החורים האלה.

מההיסטוריה של חורים שחורים

1783ההשערה הראשונה לקיומה של תופעה כמו חור שחור הועלתה בשנת 1783 על ידי המדען האנגלי ג'ון מישל. בתיאוריה שלו, הוא שילב שתי יצירות של ניוטון - אופטיקה ומכניקה. הרעיון של מישל היה זה: אם האור הוא זרם של חלקיקים זעירים, אז, כמו כל שאר הגופים, חלקיקים צריכים לחוות את המשיכה של שדה כבידה. מסתבר שככל שהכוכב מסיבי יותר, כך קשה יותר לאור להתנגד למשיכתו. 13 שנים אחרי מישל, האסטרונום והמתמטיקאי הצרפתי לפלס העלה (ככל הנראה ללא תלות במקבילו הבריטי) תיאוריה דומה.

1915עם זאת, כל יצירותיהם נותרו ללא דרישה עד תחילת המאה ה-20. ב-1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית והראה שכוח המשיכה הוא עקמומיות של מרחב-זמן הנגרמת על ידי חומר, וכמה חודשים לאחר מכן, האסטרונום הגרמני והפיזיקאי התיאורטי קרל שוורצשילד השתמש בה כדי לפתור בעיה אסטרונומית ספציפית. הוא חקר את מבנה המרחב-זמן המעוקל סביב השמש וגילה מחדש את תופעת החורים השחורים.

(ג'ון ווילר טבע את המונח "חורים שחורים")

1967הפיזיקאי האמריקני ג'ון ווילר תיאר חלל שניתן לקמט אותו, כמו פיסת נייר, לנקודה אינסופית וסימן את המונח "חור שחור".

1974הפיזיקאי הבריטי סטיבן הוקינג הוכיח שחורים שחורים, למרות שהם בולעים חומר ללא חזרה, יכולים לפלוט קרינה ובסופו של דבר להתאדות. תופעה זו נקראת "קרינת הוקינג".

כַּיוֹם.המחקר האחרון על פולסרים וקוואזרים, כמו גם גילוי קרינת רקע מיקרוגל קוסמית, אפשרו סוף סוף לתאר את עצם הרעיון של חורים שחורים. בשנת 2013, ענן הגז G2 התקרב מאוד לחור השחור וסביר להניח שייספג בו, התבוננות בתהליך הייחודי תספק הזדמנויות נהדרות לגילויים חדשים של תכונות של חור שחור.

מהם באמת חורים שחורים?

הסבר לקוני של התופעה נשמע כך. חור שחור הוא אזור מרחב-זמן שמשיכה הכבידה שלו כל כך חזקה שאף עצם, כולל קוונטות האור, לא יכול לצאת ממנו.

חור שחור היה פעם כוכב ענק. בעוד תגובות תרמו-גרעיניות נשמרות במעיה לחץ גבוההכל נשאר רגיל. אבל עם הזמן, אספקת האנרגיה מתרוקנת והגוף השמימי, בהשפעת כוח המשיכה שלו, מתחיל להתכווץ. השלב האחרון בתהליך זה הוא קריסת ליבת הכוכבים והיווצרות חור שחור.

• 1. פליטת סילון חור שחור במהירות גבוהה


• 2. דיסקית חומר צומחת לחור שחור


• 3. חור שחור


• 4. סכמה מפורטת של אזור החור השחור


• 5. גודל תצפיות חדשות שנמצאו

התיאוריה הנפוצה ביותר היא זאת תופעות דומותקיים בכל גלקסיה, כולל במרכז שלנו שביל החלב. כוח המשיכה העצום של החור מסוגל להחזיק מספר גלקסיות סביבו, ולמנוע מהן להתרחק זו מזו. "אזור הכיסוי" יכול להיות שונה, הכל תלוי במסה של הכוכב שהפך לחור שחור, ויכול להיות אלפי שנות אור.

רדיוס שוורצשילד

המאפיין העיקרי של חור שחור הוא שכל חומר שנכנס אליו לעולם לא יוכל לחזור. כך גם לגבי האור. בבסיסם, חורים הם גופים שסופגים לחלוטין את כל האור הנופל עליהם ואינם פולטים את האור שלהם. חפצים כאלה יכולים להופיע חזותית כקרישי חושך מוחלט.

• 1. הזזת חומר במחצית ממהירות האור


• 2. טבעת פוטון


• 3. טבעת פוטון פנימית


• 4. אופק האירועים בחור שחור

בהתבסס על תורת היחסות הכללית של איינשטיין, אם גוף מתקרב למרחק קריטי ממרכז החור, הוא כבר לא יכול לחזור. מרחק זה נקרא רדיוס שוורצשילד. מה בדיוק קורה ברדיוס הזה לא ידוע בוודאות, אבל יש את התיאוריה הנפוצה ביותר. מאמינים שכל החומר של חור שחור מרוכז בנקודה קטנה לאין שיעור, ובמרכזה יש עצם בעל צפיפות אינסופית, שמדענים מכנים הפרעה יחידה.

איך זה נופל לתוך חור שחור

(בתמונה, החור השחור של מזל קשת A * נראה כמו מקבץ אור בהיר במיוחד)

לפני זמן לא רב, בשנת 2011, מדענים גילו ענן גז, והעניקו לו את השם הפשוט G2, שפולט אור יוצא דופן. זוהר כזה יכול לתת חיכוך בגז ובאבק, הנגרם מפעולת החור השחור מזל קשת A * ואשר מסתובבים סביבו בצורת דיסק צבירה. אז אנחנו הופכים למשקיפים תופעה מדהימהקליטה של ​​ענן גז על ידי חור שחור סופר מסיבי.

על פי מחקרים אחרונים, הגישה הקרובה ביותר לחור שחור תתרחש במרץ 2014. אנחנו יכולים לשחזר תמונה של איך המחזה המרגש הזה יתרחש.

• 1. כאשר הוא מופיע לראשונה בנתונים, ענן גז דומה לכדור ענק של גז ואבק.


• 2. כעת, נכון ליוני 2013, הענן מרוחק עשרות מיליארדי קילומטרים מהחור השחור. הוא נופל לתוכו במהירות של 2500 קמ"ש.


• 3. הענן צפוי לעבור את החור השחור, אך כוחות הגאות והשפל הנגרמים מהבדל המשיכה הפועל על הקצוות המובילים והעוקבים של הענן יגרמו לו להתארך יותר ויותר.


• 4. לאחר שבירת הענן, רובו ככל הנראה יתמזג לתוך דיסק ההצטברות סביב קשת A*, וייצור בו גלי הלם. הטמפרטורה תעלה לכמה מיליוני מעלות.


• 5. חלק מהענן ייפול ישירות לתוך החור השחור. אף אחד לא יודע בדיוק מה יעלה בגורל החומר הזה, אבל צפוי שבתהליך הנפילה הוא יפלוט זרמים רבי עוצמה. צילומי רנטגןואף אחד אחר לא יראה את זה.

וידאו: חור שחור בולע ענן גז

(הדמיית מחשב של כמה מענן הגז G2 ייהרס ויצמצם על ידי החור השחור קשת A*)

מה יש בתוך חור שחור?

יש תיאוריה שטוענת שחור שחור בפנים הוא כמעט ריק, וכל המסה שלו מרוכזת בנקודה קטנה להפליא שנמצאת ממש במרכזו - ייחוד.

לפי תיאוריה אחרת שקיימת כבר חצי מאה, כל מה שנופל לחור שחור נכנס ליקום אחר שנמצא בחור השחור עצמו. עכשיו התיאוריה הזו היא לא העיקרית.

וישנה תיאוריה שלישית, מודרנית ועקשנית ביותר, לפיה כל מה שנופל לתוך חור שחור מתמוסס ברעידות של מיתרים על פניו, המוגדרים כאופק האירועים.

אז מהו אופק האירועים? אי אפשר להסתכל לתוך חור שחור אפילו עם טלסקופ חזק במיוחד, שכן אפילו לאור, הנכנס לתוך משפך קוסמי ענק, אין סיכוי להגיח בחזרה. כל מה שאפשר לשקול איכשהו נמצא בסביבה הקרובה שלו.

אופק האירועים הוא קו מותנה של פני השטח שמתחתיו שום דבר (לא גז, לא אבק, לא כוכבים ולא אור) לא יכול לברוח. וזוהי נקודת האל-חזור המסתורית מאוד בחורים השחורים של היקום.

המקום הכי מגעיל.

אין חפץ מסתורי ומפחיד יותר בחלל מאשר חור שחור.
ביטוי אחד כבר מעורר פחד בלתי נתפס: הוא מצייר דמות של תהום סופגת הכל. לפניה, לא רק תושבי העיר ביישנים, אלא גם אסטרופיזיקאים רועדים. "מכל יצירות המוח האנושי, מחדי קרן ודרקונים מיתולוגיים ועד פצצת מימן, אולי הפנטסטי ביותר הוא חור שחור. חור בחלל עם קצוות מאוד ספציפיים, שלתוכו כל דבר יכול ליפול וששום דבר לא יכול לצאת ממנו. חור שבו כוח הכבידה כל כך גדול שאפילו אור נלכד ומוחזק במלכודת הזו. חור שמעקם את החלל ומעוות את זרימת הזמן. כמו חדי קרן ודרקונים, חורים שחורים נראים יותר כמו מדע בדיוני או מיתוסים עתיקים מאשר חפצים אמיתיים. עם זאת, קיומם של חורים שחורים נובע בהכרח מחוקים פיזיקליים. בגלקסיה שלנו לבדה, עשויים להיות מיליונים כאלה", אמר קיפ סטיבן תורן, מדען ידוע, ראש המחלקה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (ארה"ב), חבר באקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב, חבר של המועצה האקדמית של נאס"א, על חורים שחורים.
בנוסף לכוח הפנטסטי שלהם, יש לחורים שחורים נכס מדהיםלשנות את המרחב והזמן בתוך עצמך. תחילה הם מתפתלים למעין משפך, ולאחר מכן, לאחר שחצו גבול מסוים במעמקי החור, הם מתפרקים לקוונטות. בתוך החור השחור, מעבר לקצה תהום הכבידה המוזרה הזו, שממנה אין מוצא, זורמים תהליכים פיזיקליים מדהימים, חוקי טבע חדשים באים לידי ביטוי.
לדברי מומחים רבים, חורים שחורים הם מקורות האנרגיה הגרנדיוזיים ביותר ביקום. אנחנו כנראה רואים אותם בקוואזרים רחוקים, בגרעינים גלקטיים מתפוצצים. ההנחה היא שחורים שחורים בעתיד יהפכו למקורות אנרגיה עבור האנושות.

סוף העולם כבר כאן.

איך נוצרים חורים שחורים? לפי אסטרופיזיקאים, רובם מתעוררים לאחר מותם של כוכבים גדולים. אם מסת כוכב כפולה מזו של השמש, אז בסוף חייו הכוכב עלול להתפוצץ כסופרנובה. אבל אם מסת החומר שנותרה לאחר הפיצוץ עדיין עולה על שתי מסות שמש, אז הכוכב אמור להתכווץ לגוף זעיר צפוף, שכן כוחות הכבידה מדכאים לחלוטין כל התנגדות פנימית לדחיסה. מדענים מאמינים שברגע זה קריסת כבידה קטסטרופלית מובילה להופעתו של חור שחור. הם מאמינים שעם סיום התגובות התרמו-גרעיניות, הכוכב כבר לא יכול להיות במצב יציב. ואז נותר נתיב אחד בלתי נמנע לכוכב מסיבי - נתיב הדחיסה הכללית והשלמה, הפיכתו לחור שחור בלתי נראה.
למה הם בלתי נראים?
- עצם השם "חורים שחורים" מעיד שמדובר בסוג של עצמים שלא ניתן לראות, - מסביר ראש המחלקה לאסטרונומיה רדיו של המכון האסטרונומי הממלכתי. מועמד שטרנברג למדעי הפיזיקה והמתמטיקה ולנטין אסיפוב. - שדה הכבידה שלהם כל כך חזק שאם איכשהו אפשר היה להתקרב לחור שחור ולכוון את האלומה של הזרקור החזק ביותר משטחו, אז אי אפשר היה לראות את הזרקור הזה אפילו ממרחק שלא יעלה על מרחק מכדור הארץ לשמש.
ואכן, גם אם היינו מסוגלים לרכז את כל אור השמש בזרקור רב עוצמה זה, לא היינו רואים אותו, שכן האור לא יכול היה להתגבר על השפעת שדה הכבידה של החור השחור עליו ולעזוב את פניו. לכן משטח כזה נקרא אופק האירועים המוחלט. זה מייצג את הגבול של חור שחור. ומה מסתתר שם, בחוץ לארץ?

בוא נלך לגיהנום.

רוב תיאור מענייןה"פנים" של חור שחור שייך לפיזיקאי והאסטרונום האמריקאי קיפ סטיבן תורן, שכבר הוזכר על ידינו. "תאר לעצמך שאתה הקפטן של גדול ספינת חללמעמד כוכבים, מציע המדען בספרו Journey Among Black Holes. - בהוראת האגודה הגיאוגרפית, עליכם לחקור מספר חורים שחורים הממוקמים במרחקים גדולים זה מזה בחלל הבין-כוכבי, ובאמצעות אותות רדיו לשדר תיאור של התצפיות שלכם לכדור הארץ.

לאחר שהיית על הכביש במשך 4 שנים ו-8 חודשים, הספינה שלך מאטה את מהירותה בקרבת החור השחור הקרוב לכדור הארץ, הנקרא האדס (גיהנום) וממוקם ליד הכוכב וגה. נוכחותו של חור שחור ניכרת על מסך הטלוויזיה: אטומי מימן המפוזרים בחלל הבין-כוכבי נמשכים פנימה על ידי שדה הכבידה שלו. בכל מקום אתה רואה אותם נעים: לאט לאט מתרחקים מהחור ומהר יותר ככל שמתקרבים אליו. זה כמו מים שנופלים במפלי הניאגרה, אלא שהאטומים נופלים לא רק ממזרח, אלא גם ממערב, מצפון, מדרום, מלמעלה ומתחת - בכל מקום. אם לא תעשה כלום, גם אתה תימשך פנימה.

לכן, עליך לנקוט בזהירות רבה כדי להעביר את ספינת הכוכבים ממסלול הנפילה החופשית למסלול מעגלי סביב החור השחור (בדומה למסלולים של לוויינים מלאכותיים המסתובבים סביב כדור הארץ), כך שהכוח הצנטריפוגלי של תנועת המסלול שלך יפצה לכוח המשיכה של החור השחור. מרגיש בטוח, אתה מפעיל את מנועי הספינה ומתכונן לחקור את החור השחור.

קודם כל, בטלסקופים אתה צופה בקרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מאטומי מימן נופלים. רחוק מהחור השחור, הם כל כך קרים שהם פולטים רק גלי רדיו. אבל קרוב יותר לחור, שבו האטומים נופלים מהר יותר, הם מתנגשים מדי פעם זה בזה, מתחממים לכמה אלפי מעלות ומתחילים לפלוט אור. אפילו קרוב יותר לחור השחור, נעים הרבה יותר מהר, הם מתחממים בהתנגשויות לכמה מיליוני מעלות ופולטים קרני רנטגן.

על ידי כיוון הטלסקופים שלך "פנימה" והמשך להתקרב לחור השחור, אתה "תראה" קרני גמא הנפלטות על ידי אטומי מימן מחוממים אפילו יותר טמפרטורה גבוהה. ולבסוף, ממש במרכז, תמצאו את הדיסק הכהה של החור השחור עצמו.
הצעד הבא שלך הוא למדוד בזהירות את אורך מסלול הספינה. זהו כמיליון ק"מ, או מחצית מאורך מסלול הירח סביב כדור הארץ. ואז אתה מסתכל על הכוכבים הרחוקים ורואה שהם זזים כמוך. כשצופה בתנועתם הנראית לעין, אתה מגלה שאתה צריך 5 דקות. 46 שניות לעשות סיבוב אחד סביב החור השחור. זו "תקופת המסלול" שלך.

לדעת את תקופת המהפכה ואת אורך המסלול שלך, אתה יכול לחשב את המסה של החור השחור האדס (גיהנום). הוא יהיה גדול פי 10 מהשמש. זוהי בעצם המסה הכוללת שהצטברה בחור שחור לאורך כל ההיסטוריה שלו וכוללת את המסה של כוכב שקרס ליצירת חור שחור לפני כ-2 מיליארד שנה, המסה של כל המימן הבין-כוכבי שנמשך אליו מאז לידתו, וגם המסה של כל האסטרואידים וספינות הכוכבים התועים שנפלו עליו.

המאפיינים המעניינים ביותר של פני השטח שלו, או האופק - הגבול, שבגללו כל מה שנופל לתוך החור כבר לא יכול לחזור. גבולות שבגללם ספינת כוכבים ואפילו כל סוג של קרינה לא יכולים לברוח: גלי רדיו, אור, קרני רנטגן או קרני גמא ...
למרות שאתה יכול לחשב את כל התכונות של חור שחור מבחוץ של חור שחור מהמסה והתנע הזוויתי שלו, אתה לא יכול ללמוד כלום על החלק הפנימי שלו. הוא עשוי להיות בעל מבנה לא מסודר ולהיות אסימטרי מאוד. כל זה יהיה תלוי בפרטי ההתמוטטות שהביאה להיווצרות החור השחור, כמו גם בתכונות הנסיגה שלאחר מכן של מימן בין כוכבי. אז את קוטר החור פשוט לא ניתן לחשב.

עם תוצאות אלו, אתה יכול לחקור את הסביבה של האופק של החור השחור...

אומר שלום לצוות, אתה מטפס לרכב הירידה ועוזב את הספינה, נשאר בתחילה באותו מסלול מעגלי, ממשיך הפיזיקאי תורן. - לאחר מכן, הפעל את מנוע הרקטה, האט מעט כדי להאט את תנועת המסלול שלך. במקביל, אתה מתחיל להסתחרר לעבר האופק, נע ממסלול מעגלי אחד למשנהו. המטרה שלך היא להיכנס למסלול מעגלי עם היקף מעט גדול יותר מאורך האופק. ככל שאתה נע בספירלה, אורך המסלול שלך מצטמצם בהדרגה - ממיליון ק"מ ל-500 אלף, ואז ל-100 אלף, 90 אלף, 80 אלף. ואז משהו מוזר מתחיל לקרות.

בהיותך במצב של חוסר משקל, אתה תלוי במנגנון שלך, נניח, עם הרגליים - אל החור השחור, והראש - אל מסלול הספינה והכוכבים. אבל בהדרגה אתה מתחיל להרגיש שמישהו מושך את הרגליים שלך למטה ולמעלה - מאחורי הראש שלך. אתה מבין שהסיבה היא המשיכה של החור השחור: הרגליים קרובות יותר לחור מאשר הראש, ולכן הן נמשכות חזק יותר. זה נכון כמובן בכדור הארץ, אבל ההבדל במשיכה של הרגליים והראש שם זניח, אז אף אחד לא שם לב לזה. נעים במסלול באורך 80,000 ק"מ מעל חור שחור, מרגישים את ההבדל הזה די ברור - ההבדל במשיכה יהיה 1/8 מכוח המשיכה של כדור הארץ (1/8 גרם). הכוח הצנטריפוגלי עקב תנועתך במסלול מפצה על משיכה של חור בנקודה המרכזית של גופך, ומאפשר לך לצוף בחופשיות בחוסר משקל, אך עודף משיכה של 1/16 גרם יפעל על רגליך, להיפך , הראש שלך יימשך בצורה חלשה, והכוח הצנטריפוגלי ימשוך אותו בדיוק באותה תאוצה נוספת - 1/16 גרם.
קצת מבולבל, אתה ממשיך את הספירלה שלך, אבל ההפתעה הופכת במהירות לדאגה: ככל שהמסלול מתכווץ, הכוחות המושכים אותך יגדלו יותר ויותר מהר. עם אורך מסלול של 64 אלף ק"מ, ההפרש יהיה 1/4 גרם, ב-51 אלף ק"מ הוא יהיה 1/2 גרם, וב-40 אלף ק"מ הוא יגיע למשקל כדור הארץ המלא. חורקת שיניים מהמאמץ, אתה ממשיך לנוע בספירלה. עם אורך מסלול של 25 אלף ק"מ, כוח המתיחה יהיה 4 גרם, כלומר. פי ארבעה ממשקלך על פני כדור הארץ, וב-16 אלף ק"מ - 16 גרם. אתה כבר לא מסוגל לעמוד זקוף. אתה מנסה לפתור בעיה זו על ידי התכרבלות ומשיכת הרגליים עד לראשך, ובכך להפחית את ההבדל בכוחות. אבל הם כבר כל כך גדולים שהם לא יתנו לך להתכופף - הם שוב יימתחו אנכית (לאורך הכיוון שהוא רדיאלי ביחס לחור השחור).

מה שלא תעשה, שום דבר לא יעזור. ואם הספירלה תימשך, הגוף שלך לא יעמוד בה - הוא ייקרע. אז אין תקווה להגיע לקרבת האופק...
שבור, מתגבר על כאב מפלצתי, אתה עוצר את הירידה ומעביר את המכשיר תחילה למסלול מעגלי, ואז מתחיל בזהירות ובאיטיות לנוע לאורך ספירלה מתרחבת, נע למסלולים מעגליים כולם מידה גדולה יותרעד שתגיע לספינת החלל."

הסיפור של ת'ורן נשמע כמו מדע בדיוני עד כה. והוא נועד לזמן שבו אדם ישיג הצלחה כזו בפיתוח הטכנולוגיה והטכנולוגיה, עד שטיסות בין-גלקטיות ובניית עולמות טבעות סביב חורים שחורים יהפכו למציאות. ולפי התחזיות האופטימיות ביותר של עתידנים, זה יהיה אפשרי לא לפני 50 שנה.

לא חברים, זה לא ככה...

יש להודות שמדענים רבים עדיין מכחישים את קיומם של חורים שחורים. אחרי הכל, הגילוי והלימוד שלהם מתרחשים בקצה העט. ולאחרונה, הופיעה הנחה עוד יותר בלתי צפויה שחורים שחורים אינם חורים כלל, אלא כמה עצמים הדומים יותר בטבעם לבועות של עיבוי Bose-Instein (מצב מצטבר של חומר המבוסס על בוזונים שהתקררו לטמפרטורות הקרובות ל- אפס מוחלט). השערה חדשה זו הוצעה על ידי החוקר אמיל מוטולה מהמחלקה התיאורטית של המעבדה הלאומית של לוס אלמוס, יחד עם מחבר שותף פאבל מזור מאוניברסיטת דרום קרוליינה בארצות הברית.

ההסבר של החוקרים תורם באופן דרמטי מראה חדשעל טבעם של חורים שחורים, אשר מוצגים לא כ"חורים" בחלל שבו חומר ואור נעלמים באופן בלתי מוסבר לתוך אזור אופק האירועים, אלא כחללים כדוריים המוקפים בצורת חומר מיוחדת שלא הייתה ידועה קודם לכן על כדור הארץ. מזור ומוטולה קוראים לעצמים האלה לא חורים שחורים, אלא כוכבי כבידה.

בתוך כוכב הכבידה, החלל והזמן הפוכים, ממש כמו במודל החור השחור.
מוטולה ומזור אפילו מציעים שהיקום בו אנו חיים יכול להיות המעטפת הפנימית של כוכב כבידה ענק.

מהם חורים שחורים?

יְלָדִיםאתה חושב שאי פעם תוכל לראות את אפקט הוואקום בחדר שלך? כשאתם עושים משהו, שימו עין עליו, כי תוכלו לראות כיצד הלכלוך והפירורים מתחילים לנוע לעבר השואב. חור שחור הוא כמו שואב אבק, אבל רק בחלל. עם זאת, לא היניקה החזקה היא שגורמת לדברים ליפול לתוך החור השחור. כוח היניקה לא יהיה חזק מספיק. במקום זאת, החור השחור משתמש בכוח הכבידה כדי למשוך הכל מסביב.

איך נוצרים חורים שחורים? הסבר לילדים

כאשר לכוכב גדול נגמר הדלק, הוא כבר לא יכול לשאת את משקלו. לחץ משכבות מסיביות של מימן גורם לכוכב להתכווץ פחות ופחות. בסופו של דבר, הכוכב יהפוך קטן מאטום. דמיינו לרגע, ילדים, שהכוכב כולו נמחץ לנקודה, קטנה מאטום.

איך משהו יכול להיות קטן יותר, אבל לשמור על אותה כמות מסה?

למעשה, הכל מאוד פשוט. קחו לילדים ספוג, בגודל של בקבוק, תוכלו למעוך אותו בקלות בידיים. אבל הנה נקודה מעניינת. אם אתה עושה משהו קטן יותר על ידי סחיטתו, כוח המשיכה שלו מתחזק. תארו לעצמכם ילדים, אם תדחסו כוכב לגודל של אטום, עד כמה כוח הכבידה שלו יהפוך?

כוח המשיכה של חור שחור הוא כל כך חזק שהוא סופג הכל, אפילו אור שמתקרב מדי. נכון מאוד, אפילו אור לא יכול להימלט מחור שחור.

מבנה של חור שחור. אסטרונומיה לילדים

חורים שחורים מורכבים משלושה חלקים עיקריים. השכבה החיצונית של חור שחור נקראת אופק האירועים החיצוני. בתוך אופק האירועים החיצוני, אתה עדיין יכול להימלט מכוח המשיכה של החור השחור כי כוח הכבידה אינו חזק כאן. השכבה האמצעית של חור שחור נקראת אופק האירועים הפנימי. אם לא ברחתם מכוח המשיכה של החור השחור לפני שנכנסתם לאופק האירועים הפנימי, אז אתם הילדים החמצתם את ההזדמנות שלכם. כוח הכבידה בשכבה זו הרבה יותר חזק ואינו מרפה מהחפצים שהוא תופס. בשלב זה, אתה מתחיל ליפול לכיוון מרכז החור השחור. מרכזו של חור שחור נקרא הסינגולריות. המילה המוזרה הזו פירושה כוכב מרוסק. הסינגולריות היא המקום בו כוח המשיכה של החור השחור הוא החזק ביותר.

איך אפשר ליפול לתוך חור שחור?

תחשוב על כדור הארץ. אם תתקרבו יותר מדי לכדור הארץ, תתנגשו בכוח המשיכה שלו. על כדור הארץ, אתה יכול לטוס לחלל שוב בטיל. עם זאת, אם אתה נופל לתוך חור שחור, אין לך דרך לצאת החוצה כי הכבידה כל כך חזקה.

חורים שחורים הם אחד מהאובייקטים המדהימים ובו בזמן המפחידים ביותר ביקום שלנו. הם מתעוררים ברגע שבו נגמר הדלק הגרעיני בכוכבים בעלי מסה עצומה. תגובות גרעיניות מפסיקות והכוכבים מתחילים להתקרר. גופו של כוכב מתכווץ בהשפעת כוח הכבידה ובהדרגה הוא מתחיל למשוך אליו עצמים קטנים יותר והופך לחור שחור.

לימודים ראשונים

מאורות המדע החלו לחקור חורים שחורים לא כל כך מזמן, למרות העובדה שהמושגים הבסיסיים של קיומם פותחו במאה האחרונה. עצם המושג "חור שחור" הוצג בשנת 1967 על ידי ג'יי ווילר, אם כי המסקנה שעצמים אלה מתעוררים בהכרח במהלך קריסת כוכבים מסיביים נעשתה עוד בשנות ה-30 של המאה הקודמת. כל מה שנמצא בתוך החור השחור - אסטרואידים, אור, שביטים שנספגו בו - התקרב פעם אחת לגבולות העצם המסתורי הזה ולא הצליח לעזוב אותם.

גבולות חור שחור

הראשון מבין הגבולות של חור שחור נקרא הגבול הסטטי. זהו הגבול של האזור, נפילה שלתוכו חפץ זר אינו יכול עוד להיות במנוחה ומתחיל להסתובב ביחס לחור השחור כדי למנוע נפילה לתוכו. הגבול השני נקרא אופק האירועים. כל מה שבתוך החור השחור עבר פעם את הגבול החיצוני שלו והתקדם לעבר נקודת הייחוד. לדברי מדענים, כאן החומר זורם לנקודה מרכזית זו, שצפיפותה נוטה לערך של אינסוף. אנשים לא יכולים לדעת אילו חוקי פיזיקה פועלים בתוך עצמים עם צפיפות כזו, ולכן אי אפשר לתאר את המאפיינים של המקום הזה. במובן המילולי של המילה, זהו "חור שחור" (או, אולי, "פער") בידע של האנושות על העולם הסובב אותנו.

המבנה של חורים שחורים

אופק האירועים הוא הגבול הבלתי עביר של חור שחור. בתוך הגבול הזה יש אזור שאפילו עצמים שמהירות התנועה שלהם שווה למהירות האור לא יכולים לצאת ממנו. אפילו כמות האור עצמה אינה יכולה לעזוב את אופק האירועים. בהיותו בנקודה זו, אף חפץ לא יכול לברוח מהחור השחור. בהגדרה, איננו יכולים לדעת מה נמצא בתוך חור שחור – הרי במעמקיו ישנה נקודת סינגולריות כביכול, שנוצרת עקב הדחיסה האולטימטיבית של החומר. ברגע שאובייקט נכנס לאופק האירועים, מנקודה זו ואילך הוא לעולם לא יוכל לפרוץ ממנו שוב ולהיות גלוי לצופים. מצד שני, מי שנמצא בתוך חורים שחורים לא יכול לראות שום דבר שקורה בחוץ.

גודלו של אופק האירועים המקיף את האובייקט הקוסמי המסתורי הזה הוא תמיד פרופורציונלי ישר למסה של החור עצמו. אם המסה שלו מוכפלת, אז גם הגבול החיצוני יהיה גדול פי שניים. אם מדענים יכלו למצוא דרך להפוך את כדור הארץ לחור שחור, אופק האירועים היה בקוטר של 2 ס"מ בלבד.

קטגוריות ראשיות

ככלל, המסה של חורים שחורים ממוצעים שווה בערך לשלוש מסות שמש או יותר. משני סוגי החורים השחורים, כוכבים וסופר מסיביים מבחינים. המסה שלהם עולה על מסת השמש בכמה מאות אלפי פעמים. כוכבים נוצרים לאחר מותם של גופים שמימיים גדולים. חורים שחורים בעלי מסה רגילה מופיעים לאחר השלמתם מעגל החייםכוכבים גדולים. שני סוגי החורים השחורים, למרות מקורות שונים, בעלי מאפיינים דומים. חורים שחורים סופר מסיביים ממוקמים במרכזי הגלקסיות. מדענים מציעים שהם נוצרו במהלך היווצרותן של גלקסיות עקב מיזוג של כוכבים צמודים. עם זאת, אלו הם רק ניחושים, שאינם מאושרים על ידי עובדות.

מה יש בתוך חור שחור: השערות

כמה מתמטיקאים מאמינים שבתוך העצמים המסתוריים האלה של היקום יש מה שנקרא חורי תולעת - מעברים ליקום אחרים. במילים אחרות, מנהרת מרחב-זמן ממוקמת בנקודת הסינגולריות. קונספט זה שירת סופרים ובמאים רבים. עם זאת, הרוב המכריע של האסטרונומים מאמינים שאין מנהרות בין יקומים. עם זאת, גם אם הם היו באמת, אין דרך לאדם לדעת מה יש בתוך חור שחור.

יש מושג נוסף, לפיו יש חור לבן בקצה הנגדי של מנהרה כזו, משם מגיעה כמות עצומה של אנרגיה מהיקום שלנו לעולם אחר דרך חורים שחורים. עם זאת, בשלב זה של התפתחות המדע והטכנולוגיה, נסיעות מסוג זה אינן באות בחשבון.

קשר עם תורת היחסות

חורים שחורים הם אחת מהתחזיות המדהימות ביותר של א. איינשטיין. ידוע שכוח הכבידה שנוצר על פני כל כוכב לכת הוא ביחס הפוך לריבוע הרדיוס שלו וביחס ישר למסה שלו. עבור גוף שמימי זה, אתה יכול להגדיר את המושג של המהירות הקוסמית השנייה, הנחוצה כדי להתגבר על כוח הכבידה הזה. עבור כדור הארץ זה שווה ל-11 ק"מ לשנייה. אם המסה של הגוף השמימי גדלה, והקוטר, להיפך, יורד, אז המהירות הקוסמית השנייה עשויה בסופו של דבר לעלות על מהירות האור. ומכיוון שלפי תורת היחסות, אף עצם לא יכול לזוז מהירות מהירה יותראור, אז נוצר עצם שלא מאפשר לשום דבר לצאת מגבולותיו.

בשנת 1963 גילו מדענים קוואזרים - עצמים בחלל שהם מקורות ענקיים של פליטת רדיו. הם ממוקמים רחוק מאוד מהגלקסיה שלנו - הריחוק שלהם נמצא מיליארדי שנות אור מכדור הארץ. כדי להסביר את הפעילות הגבוהה ביותר של קוואזרים, מדענים הציגו את ההשערה שחורים שחורים נמצאים בתוכם. תפיסה זו מקובלת כיום בחוגים מדעיים. מחקרים שבוצעו במהלך 50 השנים האחרונות לא רק אישרו את ההשערה הזו, אלא גם הובילו מדענים למסקנה שיש חורים שחורים במרכזה של כל גלקסיה. יש גם עצם כזה במרכז הגלקסיה שלנו, המסה שלו היא 4 מיליון מסות שמש. החור השחור הזה נקרא קשת A, ומכיוון שהוא הכי קרוב אלינו, הוא החור הנחקר ביותר על ידי אסטרונומים.

קרינת הוקינג

סוג זה של קרינה, שהתגלה על ידי הפיזיקאי המפורסם סטיבן הוקינג, מסבך מאוד את חייהם של מדענים מודרניים - בגלל הגילוי הזה, הופיעו קשיים רבים בתורת החורים השחורים. בפיזיקה הקלאסית יש את המושג ואקום. מילה זו מציינת ריקנות מוחלטת והיעדר חומר. עם זאת, עם התפתחות הפיזיקה הקוונטית, המושג של ואקום שונה. מדענים מצאו שהוא מלא במה שנקרא חלקיקים וירטואליים - בהשפעת שדה חזק, הם יכולים להפוך לממשיים. בשנת 1974, הוקינג מצא שתמורות כאלה יכולות להתרחש בשדה הכבידה החזק של חור שחור - סמוך לגבול החיצוני שלו, אופק האירועים. לידה כזו היא זוגית - מופיעים חלקיק ואנטי חלקיק. ככלל, האנטי-חלקיק נידון ליפול לתוך החור השחור, והחלקיק עף משם. כתוצאה מכך, מדענים צופים בקרינה מסוימת סביב עצמים בחלל אלה. זה נקרא קרינת הוקינג.

במהלך קרינה זו, החומר שבתוך החור השחור מתאדה באיטיות. החור מאבד מסה, בעוד שעוצמת הקרינה עומדת ביחס הפוך לריבוע המסה שלו. עוצמת קרינת הוקינג זניחה בסטנדרטים קוסמיים. אם נניח שיש חור במסה של 10 שמשות, ולא נופלים עליו אור או חפצים חומריים, אז גם במקרה זה זמן ההתכלות שלו יהיה ארוך להפליא. חייו של חור כזה יעלו על כל חיי היקום שלנו ב-65 סדרי גודל.

שאלת שמירת המידע

אחת הבעיות המרכזיות שהופיעו לאחר גילוי קרינת הוקינג היא בעיית אובדן המידע. זה קשור לשאלה שנראית פשוטה מאוד במבט ראשון: מה קורה כשהחור השחור מתאדה לחלוטין? שתי התיאוריות - הן הפיזיקה הקוונטית והן הקלאסית - עוסקות בתיאור מצב המערכת. לאחר מידע על המצב ההתחלתי של המערכת, בעזרת התיאוריה ניתן לתאר כיצד היא תשתנה.

יחד עם זאת, בתהליך האבולוציה המידע על המצב ההתחלתי אינו הולך לאיבוד - פועל מעין חוק לשימור מידע. אבל אם החור השחור מתאדה לחלוטין, אז הצופה מאבד מידע על אותו חלק של העולם הפיזי שנפל פעם לתוך החור. סטיבן הוקינג האמין שמידע על המצב הראשוני של המערכת משוחזר איכשהו לאחר שהחור השחור התאייד לחלוטין. אבל הקושי טמון בעובדה שבהגדרה, העברת מידע מחור שחור היא בלתי אפשרית – שום דבר לא יכול לעזוב את אופק האירועים.

מה קורה אם אתה נופל לתוך חור שחור?

הוא האמין שאם בדרך מדהימה אדם יכול להגיע אל פני השטח של חור שחור, אז זה יתחיל מיד לגרור אותו לכיוון עצמו. בסופו של דבר, האדם יתמתח כל כך עד שהם יהפכו לזרם של חלקיקים תת-אטומיים הנעים לעבר נקודת הסינגולריות. כמובן שאי אפשר להוכיח את ההשערה הזו, כי לא סביר שמדענים ידעו אי פעם מה קורה בתוך חורים שחורים. עכשיו כמה פיזיקאים אומרים שאם אדם נופל לתוך חור שחור, אז יהיה לו שיבוט. הראשונה מהגרסאות שלו תושמד מיד על ידי זרם של חלקיקים חמים של קרינת הוקינג, והשנייה תעבור באופק האירועים ללא אפשרות לחזור חזרה.