Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

Содержание
  1. Вначале были дыры. Что если первые черные дыры появились задолго не только до звезд, но даже первых атомов во Вселенной
  2. Дыры вместо материи
  3. Ограничения и гравитационные волны
  4. Первопричина всего
  5. Общепринятой теории формирования сверхмассивных черных дыр нет — они слишком велики, чтобы получиться при коллапсе даже самых больших и тяжелых из известных нам звезд.
  6. Даже если их нет, их стоило бы придумать
  7. Белые дыры открывают возможность путешествий во времени | Крамола
  8. Существуют ли белые дыры?
  9. Они нарушают второй закон термодинамики
  10. Доказательства в отношении белых дыр
  11. Белые дыры могут составить темную материю
  12. Белые дыры могут даже предшествовать Большому взрыву
  13. Белая дыра и черная дыра связаны через червоточину
  14. Белые дыры открывают возможности путешествий во времени
  15. Черные дыры: история открытия самых загадочных объектов во Вселенной, которые мы никогда не увидим
  16. Невидимые звезды
  17. Первые научные обоснования существования черных дыр
  18. Звезды, рождающие тьму
  19. Самые яркие объекты во Вселенной
  20. Страх бесконечности
  21. Теория, не доказанная практикой
  22. Белые дыры – гипотетическая противоположность черной дыре
  23. Потенциальные кандидаты
  24. Теоретические ограничения
  25. Будущее белых дыр
  26. 8 самых больших черных дыр во Вселенной – Согласно их солнечным массам
  27. 8. Центральная черная дыра кластера Феникс
  28. 7. NGC 4889
  29. 6. APM 08279 + 5255
  30. 5. NGC 6166
  31. 4. H1821 + 643
  32. 3. IC 1101
  33. 2. S5 0014 + 81
  34. 1. TON 618

Вначале были дыры. Что если первые черные дыры появились задолго не только до звезд, но даже первых атомов во Вселенной

Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

Создание «классической» черной дыры требует огромной массы — эти объекты возникают при схлопывании массивных звезд.

Но не исключено, считают некоторые астрофизики, что есть черные дыры, которые появились в самом начале Вселенной, задолго не только до звезд, но даже до первых атомов.

Недавно в Физическом институте РАН выступал один из ведущих специалистов по этим древнейшим пожирателям материи, британец Бернард Карр, который рассказывал о том, как первичные черные дыры могут объяснить формирование галактик и темную материю.

Карр — астрофизик, написавший ряд ключевых работ по физике первичных черных дыр, Стивен Хокинг был его соавтором и наставником. Концепцию первичных черных дыр разрабатывали как британские, так и советские космологи — в своей лекции Бернард Карр отметил работы Игоря Новикова и Якова Зельдовича в одном ряду с публикациями Хокинга.

Дыры вместо материи

Черная дыра гипотетически может быть массой с астероид средней величины. Но в таком случае она слишком мала для сколько-нибудь заметного влияния на движение других небесных тел, если только не рассматривать маловероятный сценарий ее столкновения с планетой.

Такую черную дыру нельзя увидеть, так как хокинговское излучение (оно тем слабее, чем больше масса) уже слишком мало, а масса еще недостаточна велика для активного поглощения вещества и появления яркого аккреционного диска.

Невидимая, но имеющая массу первичная черная дыра является, таким образом, прекрасным кандидатом на роль темной материи — той самой, которую пока не удается поймать детекторами на Земле.

Черная дыра в системе Лебедь X-1, рисунок. Относительно этого объекта в 1974 году было заключено пари между Стивеном Хокингом и американским физиком Кипом Торном: Хокинг ставил на то, что в этой системе нет черной дыры. Свою неправоту ему пришлось признать в 1990-м (и купить коллеге годовую подписку на журнал Penthouse). Иллюстрация: NASA / CXC / M. Weiss

Отвечая на вопрос журналиста «Чердака» о том, насколько удачным является такое объяснение, Карр сказал: «В мире гораздо больше людей, которые считают темную материю состоящей из элементарных частиц — вимпов (от WIMP — weakly interacting massive particles), например.

Проблема в том, что поиски таких частиц ведутся уже сорок лет: это и эксперименты на коллайдерах, и поиск при помощи детекторов. И пока мы ничего не нашли.

Я, как астрофизик, склонен считать, что первичные черные дыры могут быть удачной альтернативой, хотя у этой гипотезы есть другая проблема: оценки показывают, что лишь малая часть массы Вселенной могла превратиться в такие объекты».

Действительно, построенные специально для обнаружения вимпов различные детекторы не добились никаких результатов. Возможно, вимпы не просто взаимодействуют с обычной материей только за счет слабого взаимодействия (как нейтрино), но еще и имеют такие характеристики, что построенные установки их просто не видят. И с каждым новым сообщением «вимпов не найдено» скептицизм физиков растет.

В 1994 году трое российских астрофизиков — Павел Иванов, Павел Насельский и Игорь Новиков — представили работу с оценкой числа первичных черных дыр с массой порядка одной десятой массы Солнца. Ученые указали, что при определенных условиях таких объектов могло бы образоваться достаточно много, чтобы объяснить эффект, который принято списывать на темную материю.

ПЧД могут по меньшей мере вносить заметный вклад в невидимую массу Вселенной. Доля темной материи, по сегодняшним представлениям, составляет около 25% «неучтенной» массы мироздания, а на обычное вещество приходится в пять раз меньше.

Ограничения и гравитационные волны

Ряд астрофизических наблюдений, сделанных за последние 20 лет, позволил ограничить простор для фантазий теоретиков.

Благодаря, например, неудавшимся попыткам найти ПЧД по отклонению ими лучей света от других небесных тел, ученые теперь исключают то, что первичные черные дыры могут иметь массу в диапазоне от Луны до коричневых карликов (от 1025 до 1033 граммов).

Другие наблюдения, уже за распространением излучения от гамма-всплесков, позволили сделать вывод о том, что и ПЧД массой от 1017 до 1020 граммов — это уже типичный крупный астероид, как (291) Алиса, — тоже не должны существовать в значимых количествах.

Наконец, ПЧД массой от десяти масс Солнца и выше наверняка бы проявили себя по воздействию на звезды, а объекты меньше 1013 граммов (челябинский астероид и тунгусский объект) попросту должны были испариться еще в прошлом: чем меньше масса, тем сильнее хокинговское излучение и тем быстрее черная дыра теряет массу. Такой процесс, очевидно, самоускоряется и заканчивается взрывом. То, что мы подобных вспышек не наблюдаем, указывает на отсутствие и малых ПЧД.

Гамма-всплеск — «выгоревшая» звезда, в которой остались преимущественно тяжелые элементы (см. состав по центру), схлопывается в черную дыру и производит вспышку гамма-лучей. Иллюстрация: National Science Foundation

«На сегодня выделяют три окна, три диапазона, в которых возможно существование первичных черных дыр.

Это примерно соответствует массе (небольших) астероидов, массе планетоидов и массам в районе нескольких солнечных», — рассказывает Бернард Карр.

Выявление «запрещенных» областей астрономами вело, по словам ученого, к некоторому охлаждению интереса астрофизиков, однако затем появлялись новые данные, которые приводили к повторному всплеску исследовательской активности.

В частности, первое наблюдение гравитационных волн в истории — 14 сентября 2015 года — показало слияние двух черных дыр с массами около тридцати масс Солнца каждая.

Эти массы в принципе могли бы быть и у обычной черной дыры, однако большая часть известных нам черных дыр легче.

В своей лекции Карр показал слайд с распределением масс черных дыр, найденных обсерваторией LIGO, и типичные значения массы там выше, чем в выборке из черных дыр, которые открыли иными методами.

Массы известных черных дыр. Изображение: Caltech/MIT/LIGO Laboratory

«Это не уверенное доказательство, но это свидетельствует в пользу предположения о том, что эти черные дыры были именно первичными, — сказал ученый. — Я склонен в это верить, хотя, конечно, занимаюсь первичными черными дырами уже сорок лет и тут отличаюсь от большинства физиков. Те, кто занимается чем-то иным, думают иначе».

Первопричина всего

По словам Карра, с первичными черными дыра связана еще одна интересная гипотеза: именно ими могут быть сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик. Это бы объяснило, откуда же вообще взялись подобные гиганты массой до миллиарда масс Солнца. В рамках этой гипотезы ПЧД играют ключевую роль в формировании галактик.

«Не галактики сформировали черные дыры, а черные дыры позволили образоваться галактикам», — говорит Карр.

Сверхмассивные черные дыры наиболее заметны — за счет свечения пожираемого ими вещества. Эти объекты интересны сразу несколькими особенностями:

  • очень большой массой, которую не так просто объяснить простым слиянием черных дыр, возникших при коллапсе звезд;
  • невероятной эффективностью переработки массы падающего вещества в излучаемую энергию — около 50%. Для сравнения: термоядерная реакция переводит в излучение всего 0,7% массы водорода и примерно столько же массы урана-235 превращается в энергию внутри ядерных реакторов;
  • неочевидной плотностью. Интуиция подсказывает, что внутри черной дыры плотность вещества должна быть больше, чем, скажем, внутри нейтронной звезды, с ее десятками тонн в кубическом сантиметре. Но на самом деле вычисления показывают, что за горизонтом событий сверхмассивной черной дыры вещество имеет плотность, сопоставимую с плотностью воды. Это объясняется линейной зависимостью радиуса черной дыры от массы, в то время как у «нормальных» шарообразных тел радиус растет лишь пропорционально кубическому корню от массы.

Общепринятой теории формирования сверхмассивных черных дыр нет — они слишком велики, чтобы получиться при коллапсе даже самых больших и тяжелых из известных нам звезд.

Гипотетически можно рассмотреть, конечно, аномально большие звезды с массой в десятки или даже сотни тысяч масс Солнца, но ничего подобного астрономы пока не видели.

Галактика М31, она же туманность Андромеды — одна из ближайших к нам галактик; в ее ядре находится черная дыра с массой около 140 миллионов солнечных. Adam Evans / Flickr

А вот первичные черные дыры в любом из сценариев своего появления не ограничены массой звезд. Все теоретические модели предполагают, что ПЧД возникают сразу после Большого взрыва, причем в период, когда не было даже отдельных протонов, а вся Вселенная представляла собой кварк-глюонную плазму.

В своей статье Карр и Хокинг указывали, что появившиеся в самом начале черные дыры должны были быть очень легкими (вплоть до ста килограммов), однако затем они активно поглощали окружающее их плотное вещество и достигали значений, характерных для сверхмассивных черных дыр в миллиард раз тяжелее Солнца.

Даже если их нет, их стоило бы придумать

ПЧД по сей день остаются гипотетическими объектами, отчасти пересекаясь с такой экзотикой, как космические струны, доменными стенками и даже червоточинами.

Космические струны — гипотетический одномерный объект с очень высокой плотностью.

Доменная стенка — поверхность, разделяющая разные части Вселенной, — возникает в моделях мультивселенных.

Червоточина — «тоннель», соединяющий две точки пространства напрямую, прообраз «порталов» из научной и не очень научной фантастики. Все это гипотетически возможно, однако доказательств в пользу существования таких объектов практически нет.

Определенные модификации гипотезы ПЧД допускают существование подобных объектов и даже разделение Вселенной на участки с разными физическими законами. Это, по словам Карра, уже приносит пользу физике, поскольку, именно оттолкнувшись от рассуждения про первичные черные дыры, можно прийти к теориям, объясняющим поведение Вселенной и классических черных дыр.

Рассмотрение сугубо гипотетических объектов требует развития математического аппарата и приводит к появлению новых идей.

Так, поиски теплорода, вещества, которое в XVIII столетии связывали с теплотой, подтолкнули развитие термодинамики: отталкиваясь от теплорода, Сади Карно разработал теорию тепловых машин.

А охота за светоносным эфиром, которая также была безуспешной, помогла развить волновую теорию света. Так что, даже если первичных черных дыр не обнаружится, эта идея все равно принесет свои плоды.

 Алексей Тимошенко

Источник: https://tass.ru/sci/6820034

Белые дыры открывают возможность путешествий во времени | Крамола

Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

Возможность существования белых дыр впервые была предложена теоретическим астрофизиком Игорем Новиковым в 1964 году.

Белая дыра – это гипотетическая область в пространстве-времени, которая предсказывается как часть решения уравнений поля Эйнштейна.

Но давайте начнем с черных дыр, потому что их легче объяснить. Черные дыры образуются, когда центр большой умирающей звезды падает на себя. Вся масса выдавливается в бесконечно малый объем. Их гравитационное притяжение становится настолько большим, что даже свет не может избежать этого.

Белые дыры в точности противоположны черным дырам : хотя ничто не может вырваться из горизонта событий черной дыры, ничто не может войти в горизонт событий белой дыры. Проще говоря, белая дыра выплевывает все и ничего не входит.

Концепция белой дыры чрезвычайно сложна. Таким образом мы попытались объяснить это в небольших разделах. К концу этой статьи вы узнаете намного больше об этом интригующем явлении.

Существуют ли белые дыры?

Белая дыра – это просто теоретическая математическая концепция, и она не наблюдалась во вселенной. Большинство дискуссий о белых дырах вращаются вокруг слов «гипотетический», «неосуществимый» и «нереальный».

Они являются потенциальным решением законов общей теории относительности, которые подразумевают, что если существуют вечные черные дыры , то белые дыры также должны существовать во вселенной.

Ожидается, что они будут иметь такие свойства, как масса, заряд, момент импульса, но все, что приближается к белой дыре (даже со скоростью света), никогда не достигнет ее. Теоретически, в нашей вселенной недостаточно энергии, которая могла бы втянуть вас внутрь.

Они нарушают второй закон термодинамики

Одна из основных причин, по которой белые дыры считаются нереальными, заключается в том, что они уменьшают энтропию, что противоречит закону термодинамики.

Второй закон термодинамики гласит, что общая энтропия вселенной постоянно увеличивается, поэтому изменение энтропии всегда положительно. Вот почему белые дыры не вписываются в нашу текущую модель вселенной.

Доказательства в отношении белых дыр

Хотя свидетельства и информация, касающиеся белых дыр, остаются неопределенными, гамма-всплеск, названный GRB 060614, обнаруженный Свифтской обсерваторией Нила Гереля в 2006 году, считается первым зарегистрированным явлением для белой дыры.

В отличие от типичных гамма-всплесков, которые длятся всего несколько секунд, гибридный всплеск GRB 060614 длился замечательные 102 секунды, но не был связан со сверхновой. Это поставило под сомнение предыдущий научный консенсус в отношении черных дыр и других типов небесных тел, которые могут испускать гамма-всплески.

Белые дыры могут составить темную материю

В 2018 году ученые предположили, что белые дыры с микроскопическими диаметрами могут составлять темную материю. Такие крошечные белые дыры не будут излучать никакого излучения, и, поскольку они меньше длины волны света, они будут невидимы.

Темная материя составляет примерно 27% нашей вселенной, а ее локальная плотность составляет примерно 1% массы Солнца на кубический парсек. Чтобы учесть эту плотность с белыми дырами, команда оценила, что одна микроскопическая белая дыра (около одной миллионной грамма и намного меньше, чем протон) требуется на 10000 кубических километров.

Белые дыры могут даже предшествовать Большому взрыву

Другая интригующая теория, выдвинутая исследователями, заключается в том, что белые дыры могут объяснить Большой Взрыв, поскольку это еще один случай, когда спонтанно появилось огромное количество вещества и энергии.

Фактически утверждалось, что Большой Взрыв был результатом взрыва белой дыры, который предположительно извергал всю материю и информацию, которая была поглощена черной дырой.

Очевидно, мы не знаем, верна ли теория или нет, но опять же забавно думать, что жизнь возникла из белой дыры.

Белая дыра и черная дыра связаны через червоточину

Одна из главных причин изучения существования белых дыр заключается в том, что они могут раскрыть загадку: что происходит в центре черной дыры. Что происходит со всей информацией, которая засасывается?

Несколько теорий предполагают, что на другом конце черной дыры есть белая дыра. Вся материя и информация, поглощенная черной дырой, выбрасывается белой дырой в другую вселенную.

«Вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут быть связаны с двумя совершенно разными вселенными. И то, что делает это соединение возможным, называется червоточиной: его можно представить в виде туннеля с двумя концами, каждый в разных местах в пространстве-времени.

Теория общей теории относительности имеет действительные уравнения, которые состоят из червоточин, однако, они еще не наблюдались во вселенной. Червоточина может соединять короткие расстояния (несколько метров), чрезвычайно большие расстояния (миллионы световых лет) или разные вселенные.

В 1935 году ученые открыли червоточину первого типа, называемую червоточиной Шварцшильда, с использованием общей теории относительности Эйнштейна. Вся метрика Шварцшильда состоит из белой дыры, черной дыры и двух отдельных миров, связанных на их горизонтах событий через червоточину.

Решение Шварцшильда имеет два действительных уравнения – положительный и отрицательный квадратный корень. Последнее объясняет, что черная дыра движется назад во времени, что также представляет собой белую дыру.

Белые дыры открывают возможности путешествий во времени

В определенных условиях червоточина может соединять две точки во времени вместо двух точек в пространстве. Таким образом, объект, проглоченный черной дырой, может пройти через червоточину и извергаться белой дырой в другой области времени [или пространства].

Тем не менее, концепция имеет многочисленные недостатки. Например, объект, падающий в черную дыру, не сможет выдержать своего огромного гравитационного притяжения. А поскольку червоточина невероятно нестабильна, она мгновенно обрушится на себя.

Тем не менее, некоторые физики показали, что червоточина (если она существует) может позволить путешествовать как в пространстве, так и во времени.

Профессор Кип Торн из Калифорнийского технологического института, который также является лауреатом Нобелевской премии, предположил, что эти три явления (черные дыры, червоточины и белые дыры) могут позволить людям путешествовать во времени и назад (тысячи лет).

Честно говоря, существуют сотни теорий, касающихся белых дыр, но ученые не нашли убедительных доказательств, подтверждающих их существование. Может быть, в нашей огромной таинственной вселенной есть место даже для них.

Источник: https://www.kramola.info/vesti/kosmos/belye-dyry-otkryvayut-vozmozhnost-puteshestviy-vo-vremeni

Черные дыры: история открытия самых загадочных объектов во Вселенной, которые мы никогда не увидим

Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

«Научная фантастика может быть полезной — она стимулирует воображение и избавляет от страха перед будущим. Однако научные факты могут оказаться намного поразительнее. Научная фантастика даже не предполагала наличия таких вещей, как черные дыры»
Стивен Хокинг

В глубинах вселенной для человека таится бесчисленное множество загадок и тайн. Одной из них являются черные дыры – объекты, которые не могут понять даже величайшие умы человечества. Сотни астрофизиков пытаются раскрыть природу черных дыр, однако на данном этапе мы еще даже не доказали их существование на практике.

Кинорежиссеры посвящают им свои фильмы, а среди простых людей черные дыры стали настолько культовым явлением, что их отождествляют с концом света и неминуемой гибелью.

Их боятся и ненавидят, но при этом боготворят их и преклоняются перед неизвестностью, которую таят в себе эти странные осколки Вселенной. Согласитесь, быть поглощенным черной дырой – та еще романтика.

С их помощью можно путешествовать во времени, а также они могут стать для нас проводниками в другие миры.

На популярности черных дыр часто спекулирует желтая пресса. Найти заголовки в газетах, связанные с концом света на планете из-за очередного столкновения со сверхмассивной черной дырой, не проблема.

Гораздо хуже то, что малограмотная часть населения все воспринимает это всерьез и поднимает настоящую панику.

Чтобы внести толику ясности, мы отправимся в путешествие к истокам открытия черных дыр и попытаемся понять, что же это такое и как к этому относиться.

Невидимые звезды

Так уж сложилось, что современные физики описывают устройство нашей Вселенной с помощью теории относительности, которую человечеству в начале 20 века заботливо предоставил Эйнштейн.

Тем более загадочными становятся черные дыры, на горизонте событий которых прекращают действовать все известные нам законы физики и эйнштейновская теория в том числе.

Это ли не прекрасно? К тому же, догадку о существовании черных дыр высказали задолго до рождения самого Эйнштейна.

В 1783 году в Англии наблюдался значительный рост научной активности. В те времена наука шла бок о бок с религией, они неплохо уживались вместе, а ученых уже не считали еретиками. Более того, научными изысканиями занимались священники.

Одним из таких служителей Бога был английский пастор Джон Мичелл, который задавался не только вопросами бытия, но и вполне научными задачами.

Мичелл был весьма титулованным ученым: изначально он был преподавателем математики и древнего языкознания в одном из колледжей, а после этого за ряд открытий был принят в Лондонское королевское общество.

Джон Мичелл занимался вопросами сейсмологии, но на досуге любил поразмыслить о вечном и космосе.

Так у него родилась идея о том, что где-то в глубинах Вселенной могут существовать сверхмассивные тела с такой мощной гравитацией, что для преодоления силы тяготения такого тела необходимо двигаться со скоростью равной или выше скорости света.

Если принять такую теорию за истину, то развить вторую космическую скорость (скорость, необходимая для преодоления гравитационного притяжения покидаемого тела) не сможет даже свет, поэтому такое тело останется невидимым для невооруженного глаза.

Свою новую теорию Мичелл обозвал «темными звездами», а заодно попытался вычислить массу таких объектов. Свои мысли по этому поводу он высказал в открытом письме Лондонскому королевскому обществу.

К сожалению, в те времена такие изыскания не представляли особой ценности для науки, поэтому письмо Мичелла отправили в архив.

Лишь спустя две сотни лет во второй половине 20 века удалось обнаружить его среди тысяч других записей, бережно хранящихся в древней библиотеке.

Первые научные обоснования существования черных дыр

После выхода Общей теории относительности Эйнштейна в свет, математики и физики всерьез взялись за решение представленных немецким ученым уравнений, которые должны были рассказать нам много нового об устройстве Вселенной. Тем же решил заняться и немецкий астроном, физик Карл Шварцшильд в 1916 году.

Ученый с помощью своих вычислений пришел к выводу, что существование черных дыр возможно.

Также он первым описал то, что впоследствии назвали романтической фразой «горизонт событий» — воображаемую границу пространства-времени у черной дыры, после пересечения которой наступает точка невозврата.

Из-за горизонта событий не вырвется ничто, даже свет. Именно за горизонтом событий наступает так называемая «сингулярность», где известные нам законы физики перестают действовать.

Продолжая развивать свою теорию и решая уравнения, Шварцшильд открывал для себя и мира новые тайны черных дыр. Так, он смог исключительно на бумаге вычислить расстояние от центра черной дыры, где сконцентрирована ее масса, до горизонта событий. Данное расстояние Шварцшильд назвал гравитационным радиусом.

Несмотря на то, что математически решения Шварцшильда были исключительно верны и не могли быть опровергнуты, научное сообщество начала 20 века не могло сразу принять столь шокирующее открытие, и существование черных дыр было списано на уровень фантастики, которая то и дело проявлялась в теории относительности. На ближайшие полтора десятка лет исследование космоса на предмет наличия черных дыр было медленным, и занимались им единичные приверженцы теории немецкого физика.

Звезды, рождающие тьму

После того, как уравнения Эйнштейна были разобраны по полочкам, настало время с помощью сделанных выводов разбираться в устройстве Вселенной. В частности, в теории эволюции звезд. Ни для кого не секрет, что в нашем мире ничто не вечно. Даже звезды имеют свой цикл жизни, пусть и более долгий, нежели человек.

Одним из первых ученых, которые всерьез заинтересовались звездной эволюцией, стал молодой астрофизик Субраманьян Чандрасекар – уроженец Индии. В 1930 году он выпустил научную работу, в которой описывалось предполагаемое внутреннее строение звезд, а также циклы их жизни.

• Уже в начале 20 века ученые догадывались о таком явлении, как гравитационное сжатие (гравитационный коллапс). В определенный момент своей жизни звезда начинает сжиматься с огромной скоростью под действием гравитационных сил. Как правило, это происходит в момент смерти звезды, однако при гравитационном коллапсе есть несколько путей дальнейшего существования раскаленного шара.

Научный руководитель Чандрасекара Ральф Фаулер – уважаемый в свое время физик-теоретик – предполагал, что во время гравитационного коллапса любая звезда превращается в более мелкую и горячую – белого карлика.

Но вышло так, что ученик «сломал» теорию учителя, которую разделяло большинство физиков начала прошлого века. Согласно работе молодого индуса, кончина звезды зависит от ее изначальной массы. Например, белыми карликами могут становиться только те звезды, чья масса не превышала 1.44 от массы Солнца.

Это число было названо пределом Чандрасекара. Если же масса звезды превышала этот предел, то она умирает совсем иначе. При определенных условиях, такая звезда в момент смерти может возродиться в новую, нейтронную звезду – еще одну загадку современной Вселенной.

Теория относительности же подсказывает нам еще один вариант – сжатие звезды до сверхмалых величин, и вот здесь начинается самое интересное.

В 1932 году в одном из научных журналов появляется статья, в которой гениальный физик из СССР Лев Ландау предположил, что при коллапсе сверхмассивная звезда сжимается в точку с бесконечно малым радиусом и бесконечной массой.

Несмотря на то, что такое событие весьма сложно представить с точки зрения неподготовленного человека, Ландау был недалек от истины.

Также физик предположил, что согласно теории относительности, гравитация в такой точке будет столь велика, что начнет искажать пространство-время.

Теория Ландау понравилась астрофизикам, и они продолжили ее развивать. В 1939 году в Америке благодаря усилиям двух физиков – Роберта Оппенгеймера и Хартленда Снейдера – появилась теория, подробно описывающая сверхмассивную звезду на момент коллапса. В результате такого события должна была появиться настоящая черная дыра.

Несмотря на убедительность доводов, ученые продолжали отрицать возможность существования подобных тел, как и превращение в них звезд. Даже Эйнштейн отстранился от этой идеи, посчитав, что звезда не способна на такие феноменальные превращения. Другие же физики не скупились в высказываниях, называя возможность таких событий нелепыми.

Впрочем, наука всегда достигает истины, стоит лишь немного подождать. Так и получилось.

Самые яркие объекты во Вселенной

Наш мир – совокупность парадоксов. Иногда в нем уживаются вещи, сосуществование которых не поддается никакой логике. Например, термин «черная дыра» не будет ассоциироваться у нормального человека с выражением «невероятно яркий», однако открытие начала 60-х годов прошлого века позволило ученым считать это утверждение неверным.

С помощью телескопов астрофизикам удалось обнаружить неизвестные до того момента объекты на звездном небе, которые вели себя совсем странно несмотря на то, что выглядели, как обычные звезды.

Изучая эти странные светила, американский ученый Мартин Шмидт обратил внимание на их спектрографию, данные которой показывали отличные от сканирования других звезд результаты.

Проще говоря, эти звезды не были похожи на другие, привычные нам.

Внезапно Шмидта осенило, и он обратил внимание на смещение спектра в красном диапазоне. Оказалось, что эти объекты намного дальше от нас, чем те звезды, что мы привыкли наблюдать в небе.

Например, наблюдаемый Шмидтом объект был расположен в двух с половиной миллиардах световых лет от нашей планеты, но светил так же ярко, как и звезда в каких-нибудь сотне световых лет от нас. Получается, свет от одного такого объекта сопоставим с яркостью целой галактики.

Такое открытие стало настоящим прорывом в астрофизике. Ученый назвал эти объекты «quasi-stellar» или просто «квазар».

Мартин Шмидт продолжил изучение новых объектов и выяснил, что столь яркое свечение может быть вызвано только по одной причине – аккреции. Аккреция – это процесс поглощения сверхмассивным телом окружающей материи с помощью гравитации.

Ученый пришел к выводу, что в центре квазаров находится огромная черная дыра, которая с невероятной силой втягивает в себя окружающую ее в пространстве материю. В процессе поглощения дырой материи, частицы разгоняются до огромных скоростей и начинают светиться. Своеобразный светящийся купол вокруг черной дыры называется аккреационным диском.

Его визуализация была хорошо продемонстрирована в киноленте Кристофера Нолана «Интерстеллар», которая породила множество вопросов «как черная дыра может светиться?».

На сегодняшний день ученые нашли на звездном небе уже тысячи квазаров. Эти странные невероятно яркие объекты называют маяками Вселенной. Они позволяют нам чуть лучше представить устройство космоса и ближе подойти к моменту, с которого все началось.

• Несмотря на то, что астрофизики уже много лет получали косвенные доказательства существования сверхмассивных невидимых объектов во Вселенной, термина «черная дыра» не существовало вплоть до 1967 года. Чтобы избежать сложных названий, американский физик Джон Арчибальд Уиллер предложил назвать такие объекты «черными дырами».

Почему бы и нет? В какой-то мере они черные, ведь мы их не можем увидеть. К тому же они все притягивают, в них можно упасть, прямо как в настоящую дыру. Да и выбраться из такого места согласно современным законам физики просто невозможно.

Впрочем, Стивен Хокинг утверждает, что при путешествии сквозь черную дыру можно попасть в другую Вселенную, другой мир, а это уже надежда.

Страх бесконечности

Из-за излишней таинственности и романтизации черных дыр, эти объекты стали настоящей страшилкой среди людей. Желтая пресса любит спекулировать на неграмотности населения, выдавая в тираж изумительные истории о том, как на нашу Землю движется огромная черная дыра, которая в считанные часы поглотит Солнечную систему, или же просто излучает волны токсичного газа в сторону нашей планеты.

Особенно популярна тема уничтожения планеты с помощью Большого Адронного Коллайдера, который был построен в Европе в 2006 году на территории Европейского совета по ядерным исследованиям (CERN). Волна паники начиналась как чья-то глупая шутка, однако нарастала как снежный ком.

Кто-то пустил слух, что в ускорителе частиц коллайдера может образоваться черная дыра, которая поглотит нашу планету целиком. Конечно же, возмущенный народ начал требовать запретить эксперименты в БАК, испугавшись такого исхода событий.

В Европейский суд начали поступать иски с требованием закрыть коллайдер, а ученых, создавших его, наказать по всей строгости закона.

На самом деле физики не отрицают, что при столкновении частиц в Большом Адронном Коллайдере могут возникать объекты, похожие по свойствам на черные дыры, однако их размер находится на уровне размеров элементарных частиц, а существуют такие «дыры» столь недолго, что нам даже не удается зафиксировать их возникновение.

Одним из главных специалистов, которые пытаются развеять волну невежества перед людьми, является Стивен Хокинг – знаменитый физик-теоретик, который, к тому же, считается настоящим «гуру» относительно черных дыр. Хокинг доказал, что черные дыры не всегда поглощают свет, который появляется в аккреационных дисках, и его часть рассеивается в пространство.

Такое явление было названо излучением Хокинга, или испарением черной дыры. Также Хокинг установил зависимость между размером черной дыры и скоростью ее «испарения» — чем она меньше, тем меньше существует во времени.

А это значит, что всем противникам Большого Адронного Коллайдера не стоит переживать: черные дыры в нем не смогут просуществовать и миллионной доли секунды.

Теория, не доказанная практикой

К сожалению, технологии человечества на данном этапе развития не позволяют нам проверить большинство теорий, разработанных астрофизиками и другими учеными.

С одной стороны, существование черных дыр довольно убедительно доказано на бумаге и выведено с помощью формул, в которых все сошлось с каждой переменной.

С другой, на практике нам пока не удалось увидеть воочию настоящую черную дыру.

Несмотря на все разногласия, физики предполагают, что в центре каждой из галактик находится сверхмассивная черная дыра, которая собирает своей гравитацией звезды в скопления и заставляет путешествовать по Вселенной большой и дружной компанией.

В нашей галактике Млечный путь по разным оценкам насчитывается от 200 до 400 миллиардов звезд. Все эти звезды вращаются вокруг чего-то, что обладает огромной массой, вокруг чего-то, что мы не можем увидеть в телескоп. С большой долей вероятности это черная дыра.

Стоит ли ее бояться? – Нет, по-крайней мере не в ближайшие несколько миллиардов лет, но мы можем снять про нее еще один интересный фильм.

Источник: https://voka.me/chernye-dyry-istoriya-otkrytiya-samyh-zagadochnyh-obektov-vo-vselennoj-kotorye-my-nikogda-ne-uvidim/

Белые дыры – гипотетическая противоположность черной дыре

Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

Белая дыра является гипотетическим объектом во Вселенной – противоположностью черной дыры. Поскольку черные дыры не позволяют никому уйти с их поверхности, белые дыры являются извержениями материи и энергии, и ничто не может попасть внутрь их.

Белые дыры являются возможным решением законов общей теории относительности. Этот закон подразумевает, что если во Вселенной существуют вечные черные дыры, тогда также должны существовать белые дыры. Это временное обращение черной дыры. Ожидается, что они будут иметь гравитацию, поэтому они привлекают объекты, но что-либо на курсе столкновения с белой дырой никогда не дойдет до нее.

Теоретически, если бы вы приблизились к белой дыре в космическом корабле, вы были бы затоплены колоссальным количеством энергии, которая, скорее всего, уничтожила бы ваш корабль. Даже если ваш космический корабль может противостоять гамма-лучам, сам свет начнет замедлять вас, как сопротивление воздуха, замедляющее движущийся автомобиль на Земле.

И даже если космический корабль построен так, чтобы он не был затронут эмиссией энергии, пространство-время было бы странно искажено вокруг белой дыры; приближение к белой дыре было бы похоже на подъем в гору. Требуемое ускорение становилось бы все выше и выше, пока вы двигались бы все медленнее. Во Вселенной недостаточно энергии, чтобы вы попали внутрь.

Конечно, это довольно противоречиво. Как энергия в белой дыре, появляется из ниоткуда? Это одна из причин, по которой их существование маловероятно. Однако существуют некоторые теории, в которых возможны белые дыры, но не совсем так, как описано в общей теории относительности.

Поскольку они предполагаются аналогами черных дыр, белые дыры тоже будут образовываться гравитационной сингулярностью – точечной особенностью в пространстве-времени, где гравитационное поле становится бесконечным. Бесконечные значения в физике обычно являются признаком недостающих фигур в теории, поэтому неудивительно, что квантовая механика и теория относительности пытаются объяснить более тонкие детали особенностей.

Потенциальные кандидаты

Много явлений было выдвинуто как белые дыры. Их обычно выбирают, потому что они таинственные объекты, которые нам не удалось объяснить подробно. Рассматривались всплески гамма-лучей, быстро вращающиеся пульсары и черные дыры, достигающие конца их жизни.

Даже Большой взрыв был описан как белая дыра. Но до сих пор никаких белых дыр никогда не наблюдалось, и даже их теоретическое существование поднимает некоторые красные флаги.

Кажется, что белые дыры используются в качестве метки, пока не появятся дополнительные наблюдения или лучшая теория.

Ярким примером этой тенденции является Большой взрыв как белая дыра. Пока мы не были уверены в величине Вселенной, появились предположения, что космос был создан белой дырой, большей, чем мы могли видеть. Теперь мы знаем, что Вселенная, скорее всего, бесконечна, что делает объяснение белой дыры почти наверняка неправильным.

Теоретические ограничения

Белая дыра – это особая сингулярность – голая сингулярность.

Такие сингулярности, как черные дыры, не могут быть непосредственно обнаружены, потому что скорость вылета (скорость, которую вам нужно развить, чтоб освободиться от ее силы тяжести) больше скорости света, поэтому от нее ничего не может убежать.

Сингулярность защищена горизонтом событий, который отделяет нас от черной дыры. Математически, когда у нас есть сингулярность, пространство-время нарушается. Чтобы избежать этой проблемы, были введены горизонты событий.

Голая сингулярность не имеет горизонта событий. Согласно фундаментальным принципам общей теории относительности, Вселенная не допускает голой сингулярности. Идея точно названа гипотезой космической цензуры. Однако численное моделирование и современные теории квантовой гравитации намекают на возможность существования такой сингулярности.

Любопытное явление происходит при описании свойств черной дыры с квантовомеханическим подходом, который не включает гравитацию. Если вы посмотрите на черную дыру назад или вперед во времени, она ведет себя точно так же и остается черной дырой. Это не самое важное столкновение между квантовыми теориями и относительностью, но, тем не менее, оно значительно.

Наиболее важным ограничением является энтропия, мера порядка системы. Согласно законам термодинамики, чистая энтропия Вселенной всегда возрастает. Энтропия может уменьшаться локально; например, морозильник снижает энтропию воды, превращая ее в лед, но морозильные двигатели выделяют много тепла, поэтому общая энтропия все еще увеличивается.

Белые дыры уменьшают энтропию, что является фундаментальным доказательством против них. В этой вселенной мы подчиняемся законам термодинамики. И до сих пор никаких подтвержденных нарушений не наблюдалось, хотя мы часто слышим заявления о вечных двигателях и необычных событиях.

Будущее белых дыр

Белые дыры очаровывают многих людей, и они дают нам ощущение равновесия. Теория мультивселенной предполагает даже, что черные дыры являются входом в параллельную вселенную, соответственно белые дыры являются выходом или входом в наш мир с той стороны.

Люди будут и должны продолжать изучать их. Действительно, некоторые особенности общей теории относительности, например черные дыры, сначала считались теоретическим любопытством.

Нет никаких убедительных доказательств того, что белые дыры существуют, но, может быть, в нашей обширной сложной Вселенной есть пространство даже для них.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/prosto_o_slozhnom/belye-dyry-gipoteticheskaia-protivopolojnost-chernoi-dyre-5ac28d8f3dceb733d3dc85cf

8 самых больших черных дыр во Вселенной – Согласно их солнечным массам

Во вселенной впервые открыт гигантский антипод черной дыры

Самый большой тип черных дыр – так называемые сверхмассивные черные дыры – имеют массы порядка от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Масса нашего Солнца составляет 1,989 x 10 30 кг, что примерно в 333 000 раз больше массы Земли.

Предполагается, что почти все большие галактики содержат сверхмассивную черную дыру, расположенную в центре галактики. На самом деле существует тесная связь между образованием черной дыры и самой галактикой.

Хотя во вселенной существуют миллионы сверхмассивных черных дыр, невероятно массивные из них редки, и на сегодняшний день идентифицировано лишь малое их количество.

Определить массу большой черной дыры крайне сложно

Чтобы измерить массу сверхмассивных черных дыр, ученые используют различные сложные методы, в том числе доплеровские измерения, отображение реверберации широкой эмиссионной линии, отношение M-сигма и дисперсию скорости.

Массы, полученные из этих методов, часто противоречат друг другу. Поэтому они все еще остаются в области открытых исследований .

Ниже мы собрали несколько самых больших черных дыр с известными массами, измеренными по крайней мере на порядок. Список далеко не полон, но он дает приблизительное представление о том, насколько сложна и обширна наша вселенная.

8. Центральная черная дыра кластера Феникс

Солнечная масса: 2 × 10 10

Кластер Феникса является одним из самых массивных из известных кластеров, большая часть его массы находится в форме темной материи и внутрикластерной среды.

Сверхмассивная черная дыра в центральной галактике скоплений качает энергию в систему. Считается, что он в 20 миллиардов раз массивнее Солнца, а его горизонт должен составлять порядка 118 миллиардов километров в диаметре.

Данные Чандры и различные наблюдения на других длинах волн показали, что эта черная дыра растет быстро со скоростью, в 60 раз превышающей массу Солнца каждый год. Но так как он уже очень велик, этот показатель не является устойчивым. Рост не может длиться более 100 миллионов лет.

7. NGC 4889

Самая яркая сфера около центра – галактика NGC 4889, в которой находится космический сюрприз | Предоставлено: НАСА.

Солнечная масса: 2. 1 × 10 10

Обнаруженный в 1785 году, NGC 4889 является самой яркой галактикой в ​​северной части скопления комы, расположенной на среднем расстоянии 308 миллионов световых лет от Земли.

В основе NGC 4889 находится одна из самых больших черных дыр, которая нагревает внутрикластерную среду за счет трения, создаваемого падающей пылью и газами. Эта сверхмассивная черная дыра почти в 5200 раз массивнее центральной черной дыры Млечного Пути, и весит около 21 миллиарда солнечных масс.

Горизонт событий черной дыры имеет ширину от 20 до 124 миллиардов километров, что эквивалентно диаметру орбиты Плутона от 2 до 12 раз.

В настоящее время он дремлет, и вокруг него, кажется, остаются стабильные звезды. Тем не менее, космический телескоп Хаббла обнаружил ионизированную среду вокруг сверхмассивной черной дыры, предполагая, что NGC 4889, возможно, был квазаром миллиарды лет назад.

Квазар – чрезвычайно яркое активное галактическое ядро, в котором сверхмассивная черная дыра окружена газообразным аккреционным диском. Он так сильно затягивает пыль и газ, что нагревает вещество до миллионов градусов, что приводит к огромным выбросам энергии.

6. APM 08279 + 5255

Солнечная масса: 2. 3 × 10 10

В 2002 году наблюдения Чандры показали, что высокоскоростные ветры уносят газы (до 40% скорости света) из сверхмассивной черной дыры, питающей квазар APM 08279 + 5255.

Квазар расположен в созвездии Рысь и имеет яркость, равную одному квадриллиону, яркости Солнца. Это яркий источник света практически на всех длинах волн, и он стал одним из наиболее исследованных отдаленных объектов.

Сверхмассивная черная дыра, питающая APM 08279 + 5255, весит 23 миллиарда солнечных масс (измеряется по скоростям молекулярного диска). Однако другой метод измерения, называемый реверберационным картированием, показывает, что черная дыра весит 10 миллиардов солнечных масс – огромная разница между обоими методами измерения.

Двойное изображение квазара вызвано гравитационным линзированием (изгибанием его света галактикой, попавшей в него). Этот эффект также усиливает свет квазара в 100 раз, что позволяет углубленно изучить его характеристики, даже если он находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет.

В последнее десятилетие исследователи также обнаружили, что APM 08279 + 5255 имеет достаточно воды, чтобы заполнить океаны Земли более чем в 100 триллионов раз.

5. NGC 6166

Солнечная масса: 3 × 10 10

NGC 6166 – одна из самых ярких эллиптических галактик [с точки зрения рентгеновского излучения], расположенная на расстоянии 490 миллионов световых лет в созвездии Геркулеса. Около 39 000 шаровых скоплений вращаются вокруг галактики, что указывает на то, что гало NGC 6166 плавно смешивается с внутрикластерной средой.

В центре галактики есть сверхмассивная черная дыра, масса которой в 30 миллиардов раз больше массы Солнца . Ежегодно он поглощает около 200 солнечных масс газа, создавая большие релятивистские струи.

Ученые предположили, что центр галактики может также содержать несколько звезд O-типа; редкие сине-белые звезды с температурой более 30000 кельвинов.

4. H1821 + 643

Солнечная масса: 3 × 10 10

Сильно светящийся квазар, H1821 + 643, расположен в гигантском кластере с сильным охлаждающим потоком в созвездии Драко.

В 2014 году исследователи обнаружили H1821 + 643 как одну из самых массивных черных дыр и точно рассчитали ее массу, которая эквивалентна 30 миллиардам солнечных масс. Горизонт событий черной дыры имеет ширину 1150 а.е. (1 астрономическая единица равна примерно 150 миллионам километров), а его средняя плотность составляет 22 грамма на метр куба, что меньше, чем воздух на Земле.

Исследователи также обнаружили, что внутрикластерная среда вокруг квазара существенно отличается от других крупных скоплений галактик – энтропия и температура значительно ниже и имеют гораздо более крутые градиенты.

Недавно детальный анализ квазара доказал, что наша вселенная заполнена огромными количествами ионизированного водорода, сопровождаемого ионизированным кислородом.

3. IC 1101

Солнечная масса: ( 4-10) × 10 10

IC 1101, одна из самых больших и ярких галактик во вселенной, содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру , масса которой в 40-100 миллиардов раз превышает массу Солнца.

Это эллиптическая галактика, расположенная на расстоянии 1,04 миллиарда световых лет от Земли. Галактика имеет массу около 100 триллионов звезд и простирается на 2 миллиона световых лет от ее ядра.

Как и другие массивные галактики, IC 1101 содержит большое количество богатых металлами звезд, некоторым из которых 11 миллиардов лет, и они имеют золотисто-желтый цвет.

2. S5 0014 + 81

Солнечная масса: 4 × 10 10

S5 0014 + 81 относится к наиболее энергичному типу активных ядер галактик – это блазар, расположенный вблизи области высокого склонения созвездия Цефея, на расстоянии около 12,07 миллиардов световых лет от Земли.

Это 6-й самый яркий квазар, известный на сегодняшний день, с яркостью более 10 41 Вт. Чтобы поместить это в перспективу, это в 25 000 раз ярче, чем все звезды в галактике Млечный Путь вместе взятых.

Центральная черная дыра блазара чрезвычайно жестока – она ​​поглощает огромное количество материалов (более 4000 солнечных масс вещества) каждый год.

В 2009 году данные, полученные из Обсерватории Нила Герилса Свифта, позволили ученым рассчитать массу центральной черной дыры . Они обнаружили, что он в 40 миллиардов раз массивнее нашего Солнца, а его горизонт событий имеет ширину 236,7 миллиарда километров, что эквивалентно 40-кратному радиусу орбиты Плутона.

1. TON 618

Солнечная масса: 6,6 × 10 10

Тон 618 – это гиперлюминиевый квазар, расположенный в 10,37 миллиардах световых лет от Земли. Он содержит самую большую черную дыру [известную человечеству], вес которой в 66 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.

Впервые он был обнаружен в 1957 году при съемке слабых голубых звезд, которые не лежат на плоскости Млечного Пути. Более детальное радиообследование, проведенное в 1970 году, определило TON 618 как квазар.

TON 618 считается аккреционным диском чрезвычайно горячего газа, циркулирующего вокруг массивной черной дыры в центре галактики. Это так ярко, что затмевает остальную часть галактики. Фактически, это один из самых ярких объектов во Вселенной со светимостью 4 × 10 40 Вт, что эквивалентно 140 000 миллиардов раз больше Солнца.

Поскольку газ в аккреционном диске движется с очень высокой скоростью (около 7000 км / с), черная дыра создает исключительно сильную гравитационную силу. И горизонт событий такой массивной черной дыры будет 2600 а.е. в диаметре.

Источник: https://new-science.ru/8-samyh-bolshih-chernyh-dyr-vo-vselennoj-soglasno-ih-solnechnym-massam/

Закон
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: