Nadměrná černá díra: tvorba, detekce, vlastnosti

Černé díry jsou plochy ve struktuře prostoru a času, které mají takovou hmotnost, že žádný objekt, ani světlo, nemůže uniknout z gravitačního pole. Ačkoli teoretici již vytvořili obecnou představu o černých dírách, ve skutečnosti jejich existence není zcela dokázána. Z klasické teorie gravitace vyplývá, což znamená, že pokud se teorie ukáže být nesprávná, pak černé díry mohou mít jinou povahu.

Gigantomania

Dokonce i největší černá díra, podle moderních vědců, se může objevit v jednom ze čtyř scénářů. Dvě z nich - tzv. Realistické - jsou spojeny se zhroucením. "Zastaralá" hvězda se zhroutí nebo zmenšuje, což vede k neutronové hvězdě. S hmotností jednoho a půl našeho Slunce má velmi malý průměr - asi dvacet kilometrů, ale hustota hmoty je velmi velká. Pokud měla hvězda velkou hmotnost, objeví se namísto neutronové hvězdy černá díra.

Druhá z realistických verzí naznačuje, že vzhled předmětu může být spojen se zhroucením protogalaktického plynu nebo celé centrální části galaxie.

Zbývající dvě - hypotetické - verze říkají, že možná nějaké černé díry ve vesmíru existují od chvíle Velkého třesku, jsou nazývány primárně. Druhým předpokladem je, že mohou vzniknout i v důsledku vysokoenergetických jaderných reakcí.

Největší černá díra

V minulém desetiletí tyto neviditelné vesmírné objekty vyvolaly hluk mezi astrofyziky. Existence obrovských černých děr byla úžasná, ale ukázalo se, že jejich nalezení není tak obtížné, když existuje plán.

V srdci každé galaxie je neviditelný objekt obrovské velikosti, který narušuje oběžné dráhy hvězd. Tento objekt byl supermasivní černá díra. Vysvětluje to skutečnost, že v centrálních částech galaxií je hvězdokupa největší, což je výsledek jejich sloučení vedoucích k obrovským masám černých děr a ukazuje se, že supermasivní černá díra uprostřed galaxie není divná věc, ale pravidelnost.

Samozřejmě okamžitě vznikla otázka, jak velké by mohly být. Moderní vědci je klasifikují zvyšováním hmotnosti. Černé díry hvězdné hmoty jsou srovnatelné s hmotami od 10 do několika desítek hmotností Slunce. Rozměry supermasivních černých děr jsou obrovské - od milionu do několika set miliónů hmotností naší hvězdy. Zbývající předměty patří do kategorie média a vědci se domnívají, že jsou mnohem menší než ostatní, ale dosud nemohou vysvětlit důvod takového rozdílu v množství.

Obří galaxie

V Mléčné dráze existuje nadměrná černá díra. Jeho hmotnost je čtyři miliony. masy slunce, což je 0,1% celé galaxie! Nicméně naše galaxie podle kosmických standardů je poměrně malá. Například v relativním sousedství s námi, v souhvězdí Virgo, se nachází Messier 87, který má velikost dvakrát větší. Astrofyzik Ethan Siegel, autor článku "Největší černá díra ve známém vesmíru" uvádí, že v této galaxii existuje neuvěřitelná anomálie: od jejího středu pochází proud asi pěti tisíc světelných let (například celá Mléčná dráha více než sto tisíc světelných let). Podle vědců může být příčinou této anomálie pouze supermasivní černá díra.

Dále a dále

Obvykle je supermasivní černá díra 0,01% hmotnosti galaxie, což znamená, že lze předpokládat, že hledání "neviditelných" největších velikostí by mělo být zahájeno hledáním největší galaxie. Takový pozorovatelný vesmír je IC 1101, jehož délka činí dva miliony světelných let což je téměř dvojnásobná vzdálenost od sousední galaxie Andromeda. Hmotnost se může rovnat všemu souhvězdí Panna. Vědci navrhli, že existuje nejvíce "těžká" černá díra, ale IC 1101 má konkurenci.

Vědci z univerzity Yale, kteří hledali supermasivní černé díry v naší hvězdné obloze, našli v nejodlehlejší galaxii anomálie. Galaxie CID-947 je tak daleko od nás, že ji astrofyziké považují za silnou retrospektivu. Podle našich obvyklých standardů je nyní ve věku 1,5-2 miliard let po Velkém třesku (podle vědců to se stalo před 14 miliardami let). Černá díra v této galaxii je neobvykle těžká a tvoří 17% hmotnosti celé galaxie, překračující rychlost Slunce 7 miliard let, i když CID-947 sama o sobě není větší než naše Mléčná dráha. Je bezpečné říci, že v současné době je největší černou dírou známou vědě.

Narození supermassive

Astrofyzikové se dosud nedohodli na společném názoru na otázku vzniku černých děr. Možná, že případ není omezen na čtyři teorie, nebo možná úplně špatně. Nicméně, pokud jde o CID-947, vědci nedělají žádné předpoklady. Předpokládá se, že nadměrné černé díry mohou vzniknout v důsledku jejich "klíčení" z černých děr hvězdných hmot, to trvá miliardy let. Nicméně, CID-947 vidíme docela mladý a černá díra v jeho centru je neuvěřitelně obrovská. Bylo by zajímavé vidět, jak to vypadá nyní, po 12 miliardách let, ale to nemůžeme vědět.

Možné vysvětlení pro tuto anomálii je, že černá díra byla primární, tj. Vznikla už během Velkého třesku, nebo samotná galaxie měla ve středu velkou koncentraci hvězd a protogalaktického plynu.

Detekce černé díry

Existuje poměrně málo problémů ve studiu a pozorování černých děr, ale hlavní obtíž spočívá v jejich zjištění. Světlo nemůže překonat jejich gravitaci, a to znamená, že objekt s takovou kolosální hmotností zůstává neviditelný! Takže i kdyby nejmocnější dalekohled naší doby - Hubble - "viděl" supermasivní černou díru, jen astrofyzik může pochopit, že je to skutečně tam.

Pravdou je, že černé díry se nacházejí skrze zkreslení oběžných drah hvězd, které se nacházejí kolem. Také mají rentgenové záření a gama záření (je to kvůli toku vodíku, nejběžnější látce v našem vesmíru), které se před zmizením do černé díry zahřívají na teploty několika miliónů stupňů.

Dalším způsobem je zjistit hmotnost a pak objem objektu a porovnat jej s poloměrem gravitace. Tato metoda je považována za jediný spolehlivý. Vědci také pomáhají vědcům zjistit, zda je předmětem černá díra a poměr jeho hmotnosti a svítivosti, rychlost vlnových zdrojů a rychlost rotace plynu.

Fakta a podrobnosti

Co se stane, když se dostanete do černé díry? Tato otázka je jedna z nejzajímavějších. Vědci naznačují, že jak se přiblížíme k lidskému tělu, začne se roztahovat. Toto bude pokračovat, dokud se nestane proudem částic a překročí horizont události. Tento efekt však bude pozorován, pokud má černá díra hvězdnou hmotnost. Pro supermasivní scénář je poněkud odlišný, vzhledem k tomu, že vzhledem k jejich velikosti je singularita poměrně daleko od obzoru.

Cestovatel tak bude schopen překročit horizont událostí - okraj černé díry a ponořit se do něj dostatečně hluboko, než bude mít pocit ničivých účinků. Jeho rychlost se neustále zrychluje, dokud nedosáhne rychlost světla a čas zpomalení. Ale to není všechno!

Jeden způsob

V určitém okamžiku bude schopen současně vidět všechny předměty, které černá díra pohltila během svého života, a pokud se vrátí, bude pozorovat ty, které obrovský ještě nemá spolknout. Prostor černé díry bude stále více znemožňovat pohled a pak se zcela uzavře a cestující uvidí prostor skrz malou "díru", jako by to byla trubka. Kvůli zkreslení vnímání času bude tato cesta trvat miliony let a bude opravdu úžasná.

Ale jak mohou astrofyziké mluvit o objektech, jejichž skutečná existence není dokonce plně prokázána? Všechny důvody matematických výpočtů. Na základě některých údajů mohou vědci provádět výpočty a na jejich základě dokonce vyvozují závěry o vnitřní struktuře objektů. Proto jen díky spekulativnímu experimentu mohou odpovědět na mnoho otázek, a dokonce řeknout, co se stane, pokud se dostanete do černé díry.

Pokud nahradíte slunce černou dírou

Dalším zajímavým myšlenkovým pokusem je nahradit jednu hvězdu našeho systému ekvivalentní masovou černou dírou. Mimochodem, horizont událostí takového obra bude mít velikost ... balónu. Nicméně přítomnost "univerzálního absorbéru" v pozadí ve skutečnosti prakticky nemá vliv na planety našeho systému: pouze objekt, který prochází relativně blízkým černým otvorem, může být absorbován. Planety se pohybují na oběžné dráze, což vylučuje možnost konvergence: astrofyzikové našli spoustu hvězd a planet, které se tiše otáčejí kolem černých děr.

Ale ne všechno je tak jednoduché. První věc, která zmizí, je sluneční světlo, které dává život všemu na Zemi, a to je hlavní problém. Samozřejmě, pokud lidstvo zvládne tuto technologii termonukleární fúze a genetické inženýrství, pravděpodobně bychom mohli pokračovat v životě v temnotě na postupně chladné planetě, ale v této fázi vývoje by lidé zemřeli za pár desetiletí.

Hlavní chybná koncepce

Existuje názor, že černé díry ve vesmíru absorbují pouze energii. Ve skutečnosti to není. Stejně jako rostliny, které oba absorbují oxid uhličitý během procesu fotosyntézy a vylučují ho během jiných procesů, černá díra absorbuje látku a uvolňuje ji.

Tento jev lze vysvětlit pouze z pohledu kvantové fyziky. Černá díra tvoří proud elementárních částic, především fotonů, nazývá se to kvantové záření černé díry nebo Hawkingové záření (pojmenované podle samotného Štěpána Hawkinga). V kvantové mechanice existuje takzvaný tunelovací mechanismus, který také pomáhá částicům překonat bariéry, které jsou nepřekonatelné pro nekvantitu.