Vir moderne wetenskaplikes is 'n swart gat een van die mees geheimsinnige verskynsels in ons heelal. Die studie van sulke voorwerpe is moeilik, dit is nie moontlik om hulle "deur ervaring" te probeer nie. Die massa, digtheid van die stof van 'n swart gat, die prosesse van vorming van hierdie voorwerp, dimensies - dit alles wek belangstelling onder spesialiste, en soms - verwarring. Kom ons kyk na die onderwerp in meer detail. Kom ons ontleed eers wat so 'n voorwerp is.
Algemene inligting
'n Verstommende kenmerk van 'n kosmiese voorwerp is die kombinasie van 'n klein radius, 'n hoë digtheid van swartgat-materie en 'n ongelooflike groot massa. Alle huidige bekende fisiese eienskappe van so 'n voorwerp lyk vir wetenskaplikes vreemd, dikwels onverklaarbaar. Selfs die mees ervare astrofisici is steeds verstom oor die eienaardighede van sulke verskynsels. Die hoofkenmerk wat wetenskaplikes in staat stel om 'n swart gat te identifiseer, is die gebeurtenishorison, dit wil sê die grens waardeurniks kom terug nie, insluitend die lig. As 'n sone permanent geskei is, word die skeidingsgrens as die gebeurtenishorison aangewys. Met tydelike skeiding word die teenwoordigheid van 'n sigbare horison vasgestel. Soms is tydelik 'n baie los konsep, dit wil sê, die streek kan geskei word vir 'n tydperk wat die huidige ouderdom van die heelal oorskry. As daar 'n sigbare horison is wat vir 'n lang tyd bestaan, is dit moeilik om dit van die gebeurtenishorison te onderskei.
Op baie maniere is die eienskappe van 'n swart gat, die digtheid van die stof wat dit vorm, te wyte aan ander fisiese eienskappe wat in ons wêreldwette werk. Die gebeurtenishorison van 'n sferies simmetriese swart gat is 'n sfeer waarvan die deursnee deur sy massa bepaal word. Hoe meer massa na binne getrek word, hoe groter is die gat. En tog bly dit verbasend klein teen die agtergrond van sterre, aangesien gravitasiedruk alles binne-in saamdruk. As ons 'n gat voorstel waarvan die massa ooreenstem met ons planeet, dan sal die radius van so 'n voorwerp nie 'n paar millimeter oorskry nie, dit wil sê, dit sal tien biljoen minder as die aarde wees. Die radius is vernoem na Schwarzschild, die wetenskaplike wat die eerste keer swart gate afgelei het as 'n oplossing vir Einstein se algemene relatiwiteitsteorie.
En binne?
Om in so 'n voorwerp te kom, is dit onwaarskynlik dat 'n persoon 'n groot digtheid op homself sal opmerk. Die eienskappe van 'n swart gat word nie goed verstaan om seker te maak wat sal gebeur nie, maar wetenskaplikes glo dat niks besonders geopenbaar kan word wanneer hulle die horison oorsteek nie. Dit word verduidelik deur die ekwivalente Einsteiniaansebeginsel wat verduidelik waarom die veld wat die kromming van die horison vorm en die versnelling inherent aan die vlak nie vir die waarnemer verskil nie. Wanneer jy die kruisproses van 'n afstand dophou, kan jy sien dat die voorwerp naby die horison begin stadiger word, asof die tyd stadig verbygaan op hierdie plek. Na 'n rukkie sal die voorwerp die horison oorsteek, in die Schwarzschild-radius val.
Die digtheid van materie in 'n swart gat, die massa van 'n voorwerp, sy afmetings en getykragte, en die gravitasieveld is nou verwant. Hoe groter die radius, hoe laer is die digtheid. Die radius neem toe met gewig. Die getykragte is omgekeerd eweredig aan die kwadraatgewig, dit wil sê, soos die afmetings toeneem en die digtheid afneem, verminder die getykragte van die voorwerp. Dit sal moontlik wees om die horison te oorkom voordat jy hierdie feit raaksien as die massa van die voorwerp baie groot is. In die vroeë dae van algemene relatiwiteit is daar geglo dat daar 'n singulariteit op die horison was, maar dit het geblyk nie die geval te wees nie.
Oor digtheid
Soos studies getoon het, kan die digtheid van 'n swart gat, afhangend van die massa, min of meer wees. Vir verskillende voorwerpe wissel hierdie aanwyser, maar neem altyd af met toenemende radius. Supermassiewe gate kan voorkom, wat op 'n uitgebreide manier gevorm word as gevolg van die ophoping van materiaal. Gemiddeld is die digtheid van sulke voorwerpe, wie se massa ooreenstem met die totale massa van etlike miljarde ligte in ons stelsel, minder as die digtheid van water. Soms is dit vergelykbaar met die vlak van gasdigtheid. Die getykrag van hierdie voorwerp word reeds geaktiveer nadat die waarnemer die horison oorgesteek hetgebeure. Die hipotetiese ontdekkingsreisiger sal nie benadeel word as hy die horison nader nie, en sal baie duisende kilometers val as hy beskerming teen die skyfplasma vind. As die waarnemer nie terugkyk nie, sal hy nie agterkom dat die horison oorgesteek is nie, en as hy sy kop draai, sal hy waarskynlik ligstrale sien vries by die horison. Tyd vir die waarnemer sal baie stadig vloei, hy sal in staat wees om gebeure naby die gat te volg tot die oomblik van dood - óf sy óf die Heelal.
Om die digtheid van 'n supermassiewe swart gat te bepaal, moet jy die massa daarvan ken. Vind die waarde van hierdie hoeveelheid en die Schwarzschild-volume inherent aan die ruimte-voorwerp. Gemiddeld is so 'n aanwyser, volgens astrofisici, buitengewoon klein. In 'n indrukwekkende persentasie gevalle is dit minder as die vlak van lugdigtheid. Die verskynsel word soos volg verduidelik. Die Schwarzschild-radius is direk verwant aan die gewig, terwyl die digtheid omgekeerd verwant is aan die volume, en dus die Schwarzschild-radius. Die volume is direk verwant aan die kubusse radius. Massa neem lineêr toe. Gevolglik groei die volume vinniger as die gewig, en die gemiddelde digtheid word kleiner, hoe groter die radius van die voorwerp wat bestudeer word.
Nuuuskierig om te weet
Die getykrag inherent aan 'n gat is 'n gradiënt van die swaartekrag, wat redelik groot op die horison is, so selfs fotone kan nie hiervandaan ontsnap nie. Terselfdertyd vind die toename in die parameter redelik glad plaas, wat dit vir die waarnemer moontlik maak om die horison te oorkom sonder risiko vir homself.
Studies van die digtheid van 'n swart gat indie middel van die voorwerp is nog relatief beperk. Astrofisici het vasgestel dat hoe nader die sentrale singulariteit is, hoe hoër is die digtheidsvlak. Die berekeningsmeganisme wat vroeër genoem is, laat jou toe om 'n baie gemiddelde idee te kry van wat besig is om te gebeur.
Wetenskaplikes het uiters beperkte idees oor wat in die gat gebeur, die struktuur daarvan. Volgens astrofisici is die digtheidsverspreiding in 'n gat nie baie betekenisvol vir 'n buite-waarnemer nie, ten minste op die huidige vlak. Baie meer insiggewende spesifikasie van swaartekrag, gewig. Hoe groter die massa, hoe sterker is die middelpunt, die horison, is van mekaar geskei. Daar is ook sulke aannames: net anderkant die horison is materie in beginsel afwesig, dit kan net in die dieptes van die voorwerp opgespoor word.
Is enige nommers bekend?
Wetenskaplikes dink al lank aan die digtheid van 'n swart gat. Sekere studies is uitgevoer, pogings is aangewend om te bereken. Hier is een van hulle.
Die sonmassa is 210^30 kg.’n Gat kan op die plek van’n voorwerp vorm wat verskeie kere groter as die Son is. Die digtheid van die ligste gat word geskat op 'n gemiddeld van 10^18 kg/m3. Dit is 'n orde van grootte hoër as die digtheid van die kern van 'n atoom. Ongeveer dieselfde verskil van die gemiddelde digtheidsvlak kenmerkend van 'n neutronster.
Die bestaan van ultraligte gate is moontlik, waarvan die afmetings ooreenstem met subkerndeeltjies. Vir sulke voorwerpe sal die digtheidsindeks buitensporig groot wees.
As ons planeet 'n gat word, sal sy digtheid ongeveer 210^30 kg/m3 wees. Wetenskaplikes kon egter nieopenbaar die prosesse as gevolg waarvan ons ruimtehuis in 'n swart gat omskep kan word.
Meer oor die nommers
Die digtheid van die swart gat in die middel van die Melkweg word geskat op 1,1 miljoen kg/m3. Die massa van hierdie voorwerp stem ooreen met 4 miljoen sonmassas. Die radius van die gat word op 12 miljoen km geskat. Die aangeduide digtheid van die swart gat in die middel van die Melkweg gee 'n idee van die fisiese parameters van supermassiewe gate.
As die gewig van een of ander voorwerp 10^38 kg is, dit wil sê, dit word geskat op ongeveer 100 miljoen sonne, dan sal die digtheid van 'n astronomiese voorwerp ooreenstem met die digtheidsvlak van graniet wat op ons planeet gevind word.
Onder al die gate wat aan moderne astrofisici bekend is, is een van die swaarste gate in die OJ 287-kwasar gevind. Die gewig daarvan stem ooreen met 18 biljoen ligte van ons stelsel. Wat is die digtheid van 'n swart gat, het wetenskaplikes sonder veel moeite bereken. Die waarde blyk verdwynend klein te wees. Dit is slegs 60 g/m3. Ter vergelyking: die atmosferiese lug van ons planeet het 'n digtheid van 1,29 mg/m3.
Waar kom gate vandaan?
Wetenskaplikes het nie net navorsing gedoen om die digtheid van 'n swart gat in vergelyking met die ster van ons stelsel of ander kosmiese liggame te bepaal nie, maar het ook probeer vasstel waar gate vandaan kom, wat is die meganismes vir die vorming van sulke gate. geheimsinnige voorwerpe. Nou is daar 'n idee van vier maniere vir die voorkoms van gate. Die mees verstaanbare opsie is die ineenstorting van 'n ster. Wanneer dit groot word, word sintese in die kern voltooi,die druk verdwyn, die materie val na die swaartepunt, so 'n gat verskyn. Soos jy die middelpunt nader, neem die digtheid toe. Vroeër of later word die aanwyser so betekenisvol dat eksterne voorwerpe nie die effekte van swaartekrag kan oorkom nie. Van hierdie punt af verskyn 'n nuwe gat. Hierdie tipe is meer algemeen as ander en word sonmassagate genoem.
Nog 'n redelik algemene tipe gat is 'n supermassiewe een. Dit word meer dikwels in galaktiese sentrums waargeneem. Die massa van die voorwerp in vergelyking met die sonmassagat wat hierbo beskryf is, is miljarde kere groter. Wetenskaplikes het nog nie die prosesse van manifestasie van sulke voorwerpe vasgestel nie. Daar word aanvaar dat 'n gat eers gevorm word volgens die meganisme hierbo beskryf, dan word naburige sterre geabsorbeer, wat tot groei lei. Dit is moontlik as die sone van die sterrestelsel dig bevolk is. Absorpsie van materie vind vinniger plaas as wat die bogenoemde skema kan verduidelik, en wetenskaplikes kan nog nie raai hoe die absorpsie verloop nie.
Aannames en idees
'n Baie moeilike onderwerp vir astrofisici is oergate. Sulke verskyn waarskynlik uit enige massa. Hulle kan in groot skommelinge vorm. Waarskynlik het die verskyning van sulke gate in die vroeë heelal plaasgevind. Tot dusver, studies wat gewy is aan die eienskappe, kenmerke (insluitend digtheid) van swart gate, die prosesse van hul voorkoms laat ons nie toe om 'n model te bepaal wat die proses van die voorkoms van 'n primêre gat akkuraat weergee nie. Die modelle wat tans bekend is, is oorwegend so dat, indien hulle in werklikheid geïmplementeer sou word,daar sou te veel gate wees.
Veronderstel dat die Large Hadron Collider 'n bron van vorming van 'n gat kan word, waarvan die massa ooreenstem met die Higgs-boson. Gevolglik sal die digtheid van die swart gat baie groot wees. Indien so 'n teorie bevestig word, kan dit as indirekte bewyse vir die teenwoordigheid van ekstra dimensies beskou word. Tans is hierdie spekulatiewe gevolgtrekking nog nie bevestig nie.
Bestraling vanaf 'n gat
Die vrystelling van 'n gat word verklaar deur die kwantum-effekte van materie. Die ruimte is dinamies, so die deeltjies hier is heeltemal anders as waaraan ons gewoond is. Naby die gat word nie net tyd verdraai nie; die begrip van 'n deeltjie hang grootliks af van wie dit waarneem. As iemand in 'n gat val, lyk dit vir hom of hy in 'n vakuum dompel, en vir 'n verre waarnemer lyk dit soos 'n sone gevul met deeltjies. Die effek word verklaar deur die strek van tyd en ruimte. Die bestraling van die gat is eers deur Hawking, wie se naam aan die verskynsel gegee is, geïdentifiseer. Straling het 'n temperatuur wat omgekeerd verwant is aan massa. Hoe laer die gewig van 'n astronomiese voorwerp, hoe hoër is die temperatuur (sowel as die digtheid van 'n swart gat). As die gat supermassief is of 'n massa het wat vergelykbaar is met 'n ster, sal die inherente temperatuur van sy bestraling laer wees as die mikrogolfagtergrond. As gevolg hiervan is dit nie moontlik om haar waar te neem nie.
Hierdie bestraling verduidelik die dataverlies. Dit is die naam van 'n termiese verskynsel, wat een duidelike kwaliteit het - temperatuur. Daar is geen inligting oor die prosesse van gatvorming deur die studie nie, maar 'n voorwerp wat sulke straling uitstraal verloor gelyktydig massa (en groei dusdigtheid van die swart gat) verminder. Die proses word nie bepaal deur die stof waaruit die gat gevorm word nie, hang nie af van wat later daarin ingesuig is nie. Wetenskaplikes kan nie sê wat die basis van die gat geword het nie. Daarbenewens het studies getoon dat bestraling 'n onomkeerbare proses is, dit wil sê een wat eenvoudig nie in kwantummeganika kan bestaan nie. Dit beteken dat straling nie met die kwantumteorie versoen kan word nie, en die teenstrydigheid vereis verdere werk in hierdie rigting. Terwyl wetenskaplikes glo dat Hawking-straling inligting moet bevat, het ons net nog nie die middele, die vermoëns om dit op te spoor nie.
Nuuskierig: oor neutronsterre
As daar 'n superreus is, beteken dit nie dat so 'n astronomiese liggaam ewig is nie. Met verloop van tyd verander dit, gooi die buitenste lae weg. Wit dwerge kan uit die oorblyfsels te voorskyn kom. Die tweede opsie is neutronsterre. Spesifieke prosesse word bepaal deur die kernmassa van die primêre liggaam. As dit binne 1,4-3 sonkrag geskat word, gaan die vernietiging van die superreus gepaard met baie hoë druk, waardeur die elektrone as 't ware in die protone ingedruk word. Dit lei tot die vorming van neutrone, die vrystelling van neutrino's. In fisika word dit 'n neutron-gedegenereerde gas genoem. Sy druk is sodanig dat die ster nie verder kan saamtrek nie.
Maar, soos studies getoon het, het waarskynlik nie alle neutronsterre op hierdie manier verskyn nie. Sommige van hulle is die oorblyfsels van grotes wat soos 'n tweede supernova ontplof het.
Tom liggaamsradiusminder as meer massa. Vir die meeste wissel dit tussen 10-100 km. Studies is uitgevoer om die digthede van swart gate, neutronsterre, te bepaal. Vir die tweede, soos toetse getoon het, is die parameter relatief naby aan die atoom een. Spesifieke syfers gestel deur astrofisici: 10^10 g/cm3.
Nuuuskierig om te weet: teorie en praktyk
Neutronsterre is in die 60's en 70's van die vorige eeu in teorie voorspel. Pulsars was die eerste wat ontdek is. Dit is klein sterre waarvan die rotasiespoed baie hoog is, en die magneetveld is werklik groots. Daar word aanvaar dat die pulsar hierdie parameters van die oorspronklike ster erf. Die rotasieperiode wissel van millisekondes tot etlike sekondes. Die eerste bekende pulsars het periodieke radio-emissie uitgestraal. Vandag is pulsars met X-straalspektrumbestraling, gammastraling bekend.
Die beskryfde proses van neutronstervorming kan voortgaan – daar is niks wat dit kan keer nie. As die kernmassa meer as drie sonmassas is, dan is die puntsgewyse liggaam baie kompak, dit word na verwys as gate. Dit sal nie moontlik wees om die eienskappe van 'n swart gat met 'n massa groter as die kritieke een te bepaal nie. As 'n deel van die massa verlore gaan as gevolg van Hawking-bestraling, sal die radius gelyktydig afneem, dus sal die gewigswaarde weer minder as die kritieke waarde vir hierdie voorwerp wees.
Kan 'n gat doodgaan?
Wetenskaplikes het aannames voorgehou oor die bestaan van prosesse as gevolg van die deelname van deeltjies en teendeeltjies. Die fluktuasie van die elemente kan veroorsaak dat die leë ruimte gekenmerk wordnul energievlak, wat (hier is 'n paradoks!) nie gelyk aan nul sal wees nie. Terselfdertyd sal die gebeurtenishorison inherent aan die liggaam 'n lae-energiespektrum ontvang wat inherent is aan die absolute swart liggaam. Sulke bestraling sal massaverlies veroorsaak. Die horison sal effens krimp. Gestel daar is twee pare van 'n deeltjie en sy antagonis. Daar is 'n uitwissing van 'n deeltjie uit een paar en sy antagonis van 'n ander. As gevolg hiervan is daar fotone wat uit die gat vlieg. Die tweede paar voorgestelde deeltjies val in die gat en absorbeer terselfdertyd 'n mate van massa, energie. Geleidelik lei dit tot die dood van die swart gat.
As 'n gevolgtrekking
Volgens sommige is 'n swart gat 'n soort kosmiese stofsuier. 'n Gat kan 'n ster insluk, dit kan selfs 'n sterrestelsel "vreet". Op baie maniere kan die verklaring van die eienskappe van 'n gat, sowel as die kenmerke van die vorming daarvan, in die relatiwiteitsteorie gevind word. Daaruit is bekend dat tyd kontinu is, sowel as ruimte. Dit verklaar hoekom kompressieprosesse nie gestop kan word nie, hulle is onbeperk en onbeperk.
Hierdie is hierdie geheimsinnige swart gate, waaroor astrofisici al meer as 'n dekade lank besig is om hul breine te slaan.
