Musta aukko avaruudessa: mistä se tulee. Mustat aukot - selitys lapsille

Koko Venäjän kilpailu nuorekas tutkimustyö niitä. V. I. Vernadsky 2013-14

1. Esittely
Nimeni on Sasha Voynov. Olen 8. Olen toisella luokalla. Nautin todella tähtien katselusta. Tykkään opiskella kaikkea avaruuteen liittyvää. Maailmankaikkeudessa on monia salaperäisiä ja riittämättömästi tutkittuja esineitä. Yksi mielenkiintoisimmista kohteista on mustat aukot. Monet ihmiset uskovat, että mustia aukkoja ei ole olemassa. Yritän todistaa, että ne ovat.
Mustat aukot ovat yksi niistä kuumia aiheita moderni tähtitiede, astrofysiikka ja kosmologia, koska nämä esineet auttavat ymmärtämään paremmin maailmankaikkeutemme rakennetta alkuräjähdyksen hetkestä nykypäivään ja antavat meille myös mahdollisuuden ymmärtää, mitä universumillemme tapahtuu tulevaisuudessa.
Tutkimuksen tarkoitus: muodostaa käsite "avaruuden musta aukko".

Tehtävät:
1. Tutki mustien aukkojen ongelman syntyhistoriaa.
2. Systematisoida ja tutkia tietoja mustista aukoista (esiintyminen, ominaisuudet).
3. Suorita kokeita.
Tutkimusmenetelmät: työskentely kirjallisten lähteiden ja Internet-resurssien kanssa, kokeilu.
Tutkimuksen uutuus: termi "musta aukko" ilmestyi kauan sitten, mutta täydellistä tutkimusta mustista aukoista ei ole vielä tehty. Keksin kokeita, joiden tarkoituksena oli selittää joitain mustien aukkojen ominaisuuksia.
Kirjallisuusarvostelu:
Tietolähde Mitä opin
Hawking S. Kolme kirjaa tilasta ja ajasta. "Mustien reikien" idean historia; kuinka mustat aukot ilmestyvät, tähtien romahtamisen käsite; mitä tilan vääristyminen tarkoittaa; missä mustat aukot elävät
KIP S. Thorn. Mustat aukot ja ajan poimut: Einsteinin rohkea perintö. Miten tilan ja ajan vääristyminen on? Einsteinin panos mustien aukkojen olemassaolon teorian kehittämiseen
Ian Nicholson. Universumi. Sarja "Planeetan elämä" Mitä supermassiiviset tähdet tarkoittavat, kun verrataan auringon kokoa, tähtiä auton kokoon
Tunnen maailman: Det. Tietosanakirja: Fysiikka Yleistä tietoa mustasta aukosta: tarina kuinka
Tunnen maailman: Det. tietosanakirja: Avaruus Termin "musta aukko" historia
tietosanakirja nuori fyysikko. Mitä se tarkoittaa: painovoima, massa, vetovoima, hiukkanen; Newtonin teos - valo koostuu hiukkasista
tietosanakirja nuori tähtitieteilijä. Teoriat mustien aukkojen alkuperästä
Uutisia avaruudesta ja UFOista Kuvia ja valokuvia mustista aukoista
WWalls.RU: työpöydän taustakuvat. Avaruus Kuvia ja valokuvia mustista aukoista

2. Idean historia
Termi "BLACK HOLE" ilmestyi melko äskettäin, 1900-luvulla. Sen keksi amerikkalainen tiedemies John Wheeler.
Tätä yritetään kuitenkin selittää mystinen ilmiö tehtiin kauan sitten, noin 200 vuotta sitten.
Isaac Newton uskoi, että valo koostuu hiukkasista. Se tarkoittaa, että sillä on massa ja painovoima vaikuttaa siihen.
Tämän perusteella englantilainen tähtitieteilijä John Michell ehdotti, että luonnossa voi olla niin massiivisia tähtiä, että edes valonsäde ei pääse poistumaan niiden pinnalta.
Suuri tiedemies Albert Einstein osoitti teoreettisesti mustien aukkojen olemassaolon mahdollisuuden.
Vuonna 1934 amerikkalaiset fyysikot esittivät hypoteesin tähden kuolemasta. Ja jo vuonna 1939 he osoittivat, että: "Musta aukko imee kaiken eikä vapauta mitään!"

3. Teoriat mustien aukkojen alkuperästä:
Miten mustat aukot muodostuvat? Mustien aukkojen alkuperästä on kolme teoriaa:
1. Tähden romahtaminen toiminnan alla omaa voimaa painovoima: suuret tähdet ovat olemassa oman energiansa ansiosta. Tähti elää, kunnes tämä energia loppuu. Kun tähden koko pienenee, sen tiheys kasvaa, mikä johtaa tähden massan kasvuun. Jos tähden massa on enemmän kuin kolme aurinkoa, tämä johtaa tähden romahtamiseen.
2. 14 miljardia vuotta sitten universumimme laajentuminen alkoi. On teoria, että tuolloin korkea tiheys havaittiin kaikkialla. Siksi pienet muutokset tiheydessä tuon aikakauden aikana voivat johtaa minkä tahansa massan mustien aukkojen syntymiseen, myös pieniin.
3. Oletetaan, että mustat aukot voivat syntyä nopeiden alkuainehiukkasten törmäyksestä. Kun kaksi hiukkasta törmäävät rajusti, ne voivat puristua tarpeeksi kokoon muodostaen mikroskooppisen mustan aukon. Sen jälkeen se romahtaa lähes välittömästi.

4. Mustien aukkojen ominaisuudet
1) Mustan aukon lähellä aika virtaa hitaammin kuin poispäin siitä. Jos tarkkailija, joka on jollain etäisyydellä mustasta aukosta, heittää valaisevan esineen, kuten taskulampun, kohti mustaa aukkoa, hän näkee kuinka se putoaa nopeammin ja nopeammin, mutta sitten se alkaa hidastua ja sen valo himmenee ja punoittaa. Kaukaisen tarkkailijan näkökulmasta lyhty käytännössä pysähtyy ja muuttuu näkymättömäksi, eikä se ylitä mustan aukon pintaa. Mutta jos tarkkailija itse hyppäsi sinne yhdessä lyhdyn kanssa, niin hän lyhyt aika putosi kohti mustan aukon keskustaa, samalla kun se repeytyi sen voimakkaiden vuoroveden gravitaatiovoimien vaikutuksesta, jotka johtuvat vetovoimaeroista eri etäisyyksillä keskustasta. Eli jos jokin (joku) tunkeutuu tapahtumahorisonttiin, se ei koskaan palaa.
2) Jos kappale, josta musta aukko syntyi, kiertyi, mustan aukon ympärille säilyy "pyörre"-gravitaatiokenttä (suppilo), joka kuljettaa kaikki viereiset kappaleet mukaansa. pyörivä liike hänen ympärillään.
3) Kun kappale supistuu mustaksi aukoksi, kaikki sen ominaisuudet paitsi massa, sähkövaraus ja kulmamomentti katoavat (kuten koostumus, tiheys, tilavuus jne.).
4) Mustan aukon rajaa kutsutaan tapahtumahorisonttiksi. Mustan aukon tapahtumahorisonttiin putoava aine muodostaa varmasti singulaarisuuden (äärimmäisen pienten koon alueen), jolla on mittaamattoman suuri tiheys, jonka ansiosta kaikki tähden ainekset tuhoutuvat.
5) Musta aukko voi "haihtua" hyvin hitaasti. Sen löysi Stephen Hawking. Hän osoitti, että mustat aukot pystyvät vapauttamaan ainetta ja säteilyä, mutta tämä voidaan havaita vain, jos itse mustan aukon massa on tarpeeksi pieni.
6) Mustalla aukolla on valtava, ehtymätön energiavarasto.

5.Missä mustat aukot ovat?
Aivan ensimmäinen kysymys, joka huolestuttaa ihmisiä mustien aukkojen ongelmassa, on halu saada selville, missä mustat aukot yleensä ovat. Itse asiassa mustia aukkoja on hajallaan ympäri maailmankaikkeutta. Musta aukko voi muodostua minne tahansa, myös aurinkokunnan lähelle.

6. Kokeiden kuvaus
Ensimmäinen kokemus "Invisible Reality"
Kuvittele, että maapallomme on maailmankaikkeus ja kaikki, mitä siinä on (ihmiset, eläimet, kasvit) ovat universumin esineitä (eli tähdet, planeetat, komeetat). Jos suljemme silmämme, emme näe mitään, mutta tämä ei tarkoita, että kaikki ympärillämme olisi kadonnut.
Toinen kokemus "Avaruuden vääristyminen"
Ota paperiarkki ja laita kaksi pistettä. Yhdistä pisteet suoralla viivalla. Pisteiden välinen etäisyys määritetään viivaimella. Nyt rypistetään arkki. Pisteiden välinen etäisyys on pienentynyt. Siten voimme puhua avaruuden muutoksesta mustan aukon sisällä.
Kolmas kokemus "Mustan aukon väri"
Ota kaksi laatikkoa, joissa on pienet pyöreät reiät. Maalaa toinen sisältä valkoiseksi ja toinen mustaksi. Katsotaanpa laatikoiden reikiä. Kummassakaan laatikossa ei ole mitään. Asetamme esineitä - ne eivät myöskään ole näkyvissä. Siksi voimme sanoa, että sisällä olevat mustat aukot eivät välttämättä ole mustia. Tästä seuraa, että mustat aukot eivät välttämättä ole mustia.
8. Johtopäätökset
Joten mielestäni osana työtäni onnistuin muodostamaan käsityksen siitä, mitä musta aukko on: tutkin kirjallisuutta, systematisoin saamani tiedot, tutustuin tämän asian historiaan, pohdin mustien aukkojen ominaisuuksia. ja tehnyt kokeita.
Mustat aukot ovat aivan uskomattomia esineitä, toisin kuin mikään tähän mennessä tunnettu. Nämä ovat aukkoja tilassa ja ajassa, jotka syntyvät erittäin voimakkaasta avaruuden kaareutumisesta ja ajan virran luonteen muutoksesta nopeasti kasvavassa gravitaatiokentässä. Jatkossa haluan jatkaa näiden mielenkiintoisimpien kohteiden tutkimista, sillä mustissa aukoissa on valtavasti energiaa, jota voidaan käyttää ihmiskunnan tarpeisiin.

Bibliografia
1. Hawking S. Kolme kirjaa tilasta ja ajasta. Käännös englannista. - Pietari: Amphora. TID Amphora, 2012. s. 106-109, 123-127, 330-340.
2. KIP S. Thorn. Mustat aukot ja ajan poimut: Einsteinin rohkea perintö. Käännös englannista. Ed. Vastaava jäsen Juoksi V.B. Braginsky. - M.: Fysikaalisen ja matemaattisen kirjallisuuden kustantamo, 2009., s. 23, 122-124.
3. Ian Nicholson. Universumi. Sarja "Planeetan elämä" - M .: "Rosmen", 2000. s. 21-22.
4. Tunnen maailman: Det. tietosanakirja: Fysiikka / Comp., art. A.A. Leonovich; Yhteensä alle toim. O. G. Hinn. - M .: LLC-yritys "AST Publishing House", 1999.
5. Tunnen maailman: Det. tietosanakirja: Space/Aut.- comp. T.I. Gontaruk - M .: LLC-yritys "Publishing House AST", 1999. s. 355-358.
6. Nuoren fyysikon tietosanakirja. Pedagogiikka, 1984. s. 286.
7. Nuoren tähtitieteilijän tietosanakirja. Pedagogiikka, 1986. s. 298-301.
8. Uutisia avaruudesta ja UFOista // Henkilökohtainen sivusto // (pääsypäivämäärä: 15.10.13)
9. WWalls.RU: työpöydän taustakuvat. Cosmos // Henkilökohtainen sivusto// (käyttöpäivä: 15.10.13)

> mustia aukkoja

Mitä musta aukko- selitys lapsille: kuvaus valokuvalla, kuinka löytää maailmankaikkeus avaruudesta, kuinka 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 vain, 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 tutkijat eivät pysty tarkkailemaan näitä piirteitä suoraan (teleskoopit löytävät vain valon, röntgensäteet ja muun sähkömagneettisen säteilyn muodot), joten mustasta aukosta valokuvaa ei tarvitse odottaa. 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 omituisuus. 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 tietoa 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 Aurinkoa massiivisempia. 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 ehdokkaaksi mustaksi aukoksi, Linnunradassa pitäisi olla kymmeniä miljoonia miljardeja tällaisia mustia aukkoja.

Siellä 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 klustereissa. 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 edustajaksi.

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.

Avaruusobjekteja

Osa painovoimasta ennen kuin hän voi nähdä mitään. Tutkijat suorittivat kaikki laskelmat yksinkertaisimmille pallosymmetrisille musta reikiä, jonka säde on yhtä suuri kuin Schwarzschildin säde. musta reikiä, jotka muodostuivat tähtien romahtamisen aikana, ovat monimutkaisempia ominaisuuksia. Kuitenkin, kuten kirjoittajat huomauttavat, ajan myötä niistä tulee yhä enemmän ...

https://www.site/journal/117634

Eli noin 1,6x10-35 metriä. Laskelmat osoittavat, että muodostuminen mikroskooppinen musta reikiä. Muista sen mukaan moderneja ideoita, tällaisten esineiden käyttöikä on erittäin lyhyt - ne haihtuvat ... Hawkingissa. Kuitenkin tutkijat osoittivat, että heidän hypoteesinsa musta reikiä saattaa olla joissakin vakaa tila. Laskelmat osoittavat, että sellainen musta reikiä on samanlaisia ominaisuuksia kuin alkuainehiukkasia. Erityisesti, ...

https://www.site/journal/118249

Kertoi American Astronomical Societyn kokouksessa. Tähtitieteilijät uskovat, että jotkut supermassiivinen musta reikiä, joka sijaitsee naapurigalakseissa vähintään kahdesti ja ehkä neljässä, ... Löytö voi muuttaa käsitystä siitä, kuinka galaksit muodostuvat alun perin ja mikä rooli niillä on maailmankaikkeudessa musta reikiä. Viime kuun lopussa Andrew Fabianin johtama tutkijaryhmä Cambridgen yliopistosta...

https://www.site/journal/118608

Tavoita 400 000 valovuotta. Tutkijoiden mukaan 10-20 prosenttia galaksien kaikesta raudasta voidaan kuljettaa paikasta toiseen. musta reikiä. Lisäksi tutkijat ovat havainneet, että kompaktin esineen päästöt johtavat muodostumiseen ympäristöön reikä valtavan tyhjyyden kaasu. Joidenkin koot saavuttavat 670 tuhatta valovuotta. Varsinkin opiskeluun...

https://www.site/journal/120495

Tällä hetkellä Yhdysvalloissa työskentelevät he ovat ehdottaneet tapaa luoda laite, jonka ominaisuudet muistuttavat laitteen ominaisuuksia musta reikiä. Tällaisen laitteen tulisi perustua lieriömäiseen rakenteeseen, jonka kuori ja sisäosa eroavat toisistaan ... imeytyessään. Kirjailijat uusi työ toteutti venäläisten tiedemiesten idean käytännössä. Mikroaaltouunin luomiseen musta reikiä tutkijat ovat käyttäneet metamateriaaleja - erikoisaineita, jotka voivat erityisesti taivuttaa niiden läpi kulkevia polkuja ...

https://www.site/journal/121214

Taivuta, liikkuu spiraalina kohti sen keskustaa - aivan kuten musta reikiä, vaikkakin täysin eri syistä. Jos musta reikä toimii valtavan vetovoimansa ansiosta, Narimanovin ja Kildishevin, ... (Tie Jun Cui) ja Qiang Chengin keksimä työkalu teki siitä totta, luoden sellaisen simuloidun " musta reikä pystyy sieppaamaan ja absorboimaan mikroaaltosäteilyä. Laite on sylinteri, joka koostuu 60 rengasmaisesta kerroksesta huokoisia metamateriaaleja...

https://www.site/journal/121533

J0005-0006 ja J0303-0019 muodostuivat pian alkuräjähdyksen jälkeen ja määrittelivät niiden massan musta reikiä. Mitä enemmän kuumennettua pölyä kvasaarissa on, sitä suurempi massa musta reikiä(hänellä on paljon "ruokaa" kasvuun). Massat musta reikiä J0005-0006 ja J0303-0019 olivat pienimmät tunnetut kvasaarit nuoressa universumissa. Äskettäin...

https://www.site/journal/124842

Einstein-Rosen. Nämä esineet ovat hypoteettisia tunneleita, jotka yhdistävät avaruuden eri alueita. Poplavsky uskoo, että madonreiän toinen pää musta reikiä kytketty valkoiseen reikä(antipodi musta reikiä Avaruuden alue, johon mikään ei pääse sisään. Samaan aikaan madonreiän sisällä ilmaantuu olosuhteita, jotka muistuttavat laajenevaa universumia, samankaltaisia kuin havaitsemamme ...

konsepti musta aukko tunnetaan kaikille - koululaisista ihmisiin vanhuus, sitä käytetään tieteis- ja kaunokirjallisuudessa, tabloidmediassa ja tieteellisiä konferensseja. Mutta kaikki eivät tiedä, mitä nämä reiät ovat.

Mustien aukkojen historiasta

1783 Ensimmäisen hypoteesin sellaisen ilmiön kuin mustan aukon 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. Uusin tutkimus pulsarit ja kvasaarit sekä löytö jäännössäteilyä vihdoin mahdollisti mustien aukkojen käsitteen kuvaamisen. Vuonna 2013 G2-kaasupilvi tuli hyvin lähelle lähiympäristössä Mustaan aukkoon ja todennäköisesti imeytymään siihen, ainutlaatuisen prosessin tarkkaileminen tarjoaa loistavat mahdollisuudet uusille löydöille mustien aukkojen piirteistä.

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, oman painovoimansa vaikutuksesta, alkaa 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 sanoo, että tällaisia ilmiöitä on 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. 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

Alkaen yleinen teoria Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan, jos kappale lähestyy kriittistä etäisyyttä reiän keskustasta, se ei voi palata takaisin. Tätä etäisyyttä kutsutaan Schwarzschildin säteeksi. Mitä tämän säteen sisällä tarkalleen tapahtuu, ei tiedetä varmasti, mutta yleisin teoria on olemassa. Uskotaan, että koko mustan aukon aine on keskittynyt äärettömän pieneen pisteeseen, ja sen keskustassa 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. Siten meistä tulee tarkkailijoita hämmästyttävälle ilmiölle, joka liittyy kaasupilven imeytymiseen 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 takareunoihin 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 putoamisprosessissa se lähettää voimakkaita röntgensäteitä, eikä kukaan muu näe sitä.

Video: musta aukko nielee kaasupilven

(Tietokone simulaatio miten suurin osa kaasupilvi G2 tuhoutuu ja absorboi musta aukko Sagittarius A*)

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, Kalifornian teknologiainstituutin (USA) osaston johtaja, Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian jäsen, tiedeakatemian jäsen. NASA:n akateeminen neuvosto, 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, virtaa hämmästyttäviä fyysisiä prosesseja, uusia luonnonlakeja.
Monien asiantuntijoiden mukaan mustat aukot ovat maailmankaikkeuden mahtavimpia energialähteitä. 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 tapahtuu kuoleman jälkeen suuria tähtiä. 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. Tiedemiehet 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 objektiluokka, jota 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 olisi mahdotonta nähdä edes etäisyydeltä, joka ei ylitä etäisyys maasta aurinkoon.
Itse asiassa, 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 "sisäpuoli" kuuluu jo mainitsemamme amerikkalaiselle fyysikolle ja tähtitieteilijälle Kip Stephen Thornelle. "Kuvittele, että olet ison kapteeni avaruusalus tähtiluokka, ehdottaa tiedemies kirjassaan Journey among Black Holes. - Tilauksesta Maantieteellinen seura sinun on tutkittava useita mustia aukkoja, jotka sijaitsevat suurilla etäisyyksillä toisistaan tähtienvälisessä avaruudessa, ja lähettääksesi havaintosi kuvaus Maahan radiosignaalien avulla.

Oltuaan tiellä 4 vuotta ja 8 kuukautta, laivasi hidastaa maata lähimpänä olevan mustan aukon, nimeltä Hades (helvetti), lähellä Vega-tähteä. Televisioruudulla on havaittavissa mustan aukon läsnäolo: tähtienvälisessä avaruudessa hajallaan olevat vetyatomit vedetään sisään sen gravitaatiokentällä. Kaikkialla, missä näet niiden liikkuvan: hitaasti pois reiästä ja nopeammin 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, sinutkin vedetään sisään.

Joten sinun on käytettävä suurta varovaisuutta siirtääksesi tähtialus vapaan pudotuksen radalta mustan aukon ympärille pyöreälle kiertoradalle (samanlainen kuin maan ympäri kiertävien keinotekoisten satelliittien kiertoradat), jotta kiertoradaasi 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 ajoittain, lämpenevät 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 lähestymistä mustaan aukkoon, "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. Niiden katseleminen näkyvä liike, huomaat tarvitsevasi 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 eksyksissä olevien 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 Thorn jatkaa. - Sitten käynnistämällä rakettimoottorin hidasta hieman hidastaaksesi kiertoradaasi. Samanaikaisesti alat kiertää kierrettä kohti horisonttia, siirtyen 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, sanotaan, että jalat - mustaan aukkoon ja pää - 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 1/16 g:n ylimääräinen vetovoima vaikuttaa jalkoihin, päinvastoin. , pää vetää heikosti ja keskipakovoima vetää sen ylös täsmälleen samalla lisäkiihtyvyydellä - 1/16 g.
Hieman hämmentyneenä jatkat spiraaliasi, mutta yllätys vaihtuu nopeasti huoleen: kiertoradan koon pienentyessä sinua venyttävät 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 (säteittäissuuntaa pitkin 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 muistuttavia Bose-Einstein-kondensaatin kuplia ( aggregaation tila aine perustuu bosoneihin, jotka ovat jäähtyneet lähellä absoluuttista nollaa). Tämä uusi hypoteesi esitti tutkija Emil Mottola Los Alamos National Laboratoryn teoreettisesta osastosta yhdessä kirjoittajan Pavel Mazurin kanssa Etelä-Carolinan yliopistosta Yhdysvalloissa.

Tutkijoiden selitys tuo radikaalisti uudenlaisen näkökulman mustien aukkojen luonteeseen, joita ei esitetä avaruuden "reikinä", joissa aine ja valo selittämättömästi katoavat tapahtumahorisonttivyöhykkeelle, vaan pikemminkin pallomaisina tyhjiöinä, joita ympäröi erityinen muoto Maan päällä tuntematonta ainetta. 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 spekuloivat, että universumi, jossa elämme, voisi olla sisäinen kuori jättiläinen gravitaatiotähti.