Как появляется черная дыра, и из чего она состоит?

Содержание

Черные дыры более двух веков будоражат умы ученых и фантастов. Выдвигаются теории,одна из них гласит что млечный путь вращается во круг черной дыры. Сегодня науке подвластно обнаружение и изучение черных дыр. 

Изучение черных дыр

Как появляется черная дыра, и из чего она состоит?

Кто ввел термин «черная дыра» – точно не известно. Но к разгадке секретов этого таинственного явления приложили свои силы многие ученые и исследователи.

Изучение черных дыр началось в конце XVIII века. В 1784 году Джон Мичелл выдвигает теорию о существовании массивных тел. Преодолеть притяжение такого объекта можно лишь при помощи скорости света или еще при более стремительном перемещении. Из-за этого тело не пропускает свет и невидимо глазу. Мичелл допускал, что в космическом пространстве находится огромное количество таких объектов.

Ученые продолжали изучать черные дыры. В исследовании космического пространства использовались открытия из области электродинамики и механики. Огромный вклад в понимание строения, появления и функционирования черных дыр вложила общая теория относительности Альберта Эйнштейна.

Эйнштейн выдвинул 4 уравнения для изучения гравитационных полей. Другие ученые предложили решения этих уравнений для понимания черных дыр. В теории существует 4 типа таких объектов. Они отличаются наличием вращения и электрического заряда.

  • Шварцшильд описал не вращающуюся и незаряженную черную дыру. Его решение включает расчеты физических свойств такого объекта.  
  • Решение Рейснера — Нордстрёма подходит для заряженной, но не вращающейся черной дыры.
  • Керра описал вращающуюся, но не заряженную черную дыру.
  • Решение Керра — Ньюмена учитывает заряд и вращение объекта. Сегодня это самое точное вычисление характеристик черной дыры.

Как возникают и какими свойствами обладают черные дыры?

Как появляется черная дыра, и из чего она состоит?

Есть несколько версий о том, как возникает черная дыра.

  • Появляется на месте взрыва гигантской звезды.
  • В результате сжатия большой звезды.
  • В следствие ядерных процессов.

Из скоплений газа и пыли создается гравитационное поле. Это поле обладает настолько мощной гравитацией, что способно притягивать к себе крупные небесные тела: планеты и даже звезды.

Вопрос о количестве черных дыр во вселенной остается открытым. Только в границах Млечного Пути обнаружено около десяти таких объектов. Черные дыры отличаются по размерам и другим характеристикам.

  • Черные дыры звездных масс. Иногда возникают на конечной стадии существования звезд.
  • Сверхмассивные черные дыры. Формируют ядра многих галактик. Могут разрастаться в процессе существования.
  • Первичные черные дыры. Имеют гипотетический статус. Ученые полагают, что такие дыры могли возникнуть из сверхплотной материи.
  • Квантовые черные дыры. Небольшие по размеру. Возникают после ядерной реакции.

Многие свойства черных дыр остаются таинственными для человека. Но их приблизительное строение ученым уже известно. Ключевые элементы – сингулярность и горизонт событий. Вращающаяся дыра имеет и эргосферу. Важно учитывать и другие характеристики, свойственные физическим телам.

  • Сингулярность. Таинственное и хаотичное пространство, в котором физические законы не работает. Сингулярность остается загадочным явлением для ученых. О том, что происходит внутри черной дыры сегодня можно лишь фантазировать.
  • Горизонт событий. Точка невозврата, после которой объект попадает в сингулярность. Ученые полагают, что движение к горизонту событий для самого объекта и наблюдение за ним со стороны – выглядят по-разному. Тело, незаметно для себя, будет увеличивать скорость во время движения. Со стороны силуэт объекта будет визуально растягиваться.  
  •  Эргосфера. Этот элемент есть у черных дыр с вращением. Эргосфера находится во внешнем пространстве объекта, перед горизонтом событий. Объект, который попал в эргосферу, еще может покинуть черную дыру и избежать сингулярности.   
  • Масса. Минимальный вес черной дыры зависит от способа её образования. Дыра, которая образовалась после сжатия звезды, может весить в 3 раза больше Солнца. Наибольшая черная дыра, которую обнаружили, превышает Солнце по массе в 21 миллиард раз. Объект, образованный после ядерной реакции, может весить всего 2·10−5г.
  • Размер. Рассчитывается пропорционально массе. Нужно учесть расстояние от Солнца до его горизонта событий. Это значение равно приблизительно 3 км. Если дыра весит в три раза больше Солнца, то ее радиус будет составлять всего 9 километров. Это довольно маленькое число, учитывая, что черная дыра притягивает тяжелые небесные тела.  
  • Плотность. Зная массу и радиус черной дыры, ученый рассчитает ее плотность. У более тяжелых дыр плотность меньше. У черной дыры, которая в миллиард раз тяжелее Солнца, этот показатель составляет 18.5 кг/м³.  
  • Температура. Чем тяжелее черная дыра, тем она холоднее. Температура небольшой дыры, эквивалентной по массе Солнцу, составляет -272°C.

Как астрономы находят черные дыры?

Как появляется черная дыра, и из чего она состоит?

Сначала ученые сомневались в том, что черные дыры могут влиять на движение небесных объектов. Но наблюдения за небосводом показали, что некоторые звезды со временем меняют свое положение, двигаясь по определенной траектории. Существует несколько способов обнаружения черных дыр.

  • Исследование источников излучения. Небесное тело, которое находится рядом с горизонтом событий черной звезды, может визуально искажаться из-за гравитационного линзирования.  
  • Вычисление отношения массы и светимости. У большинства небесных объектов этот параметр составляет единицу. Черные дыры весят довольно много при практически отсутствующей светимости. Так, при помощи математических расчетов, ученые обнаруживают черные дыры в отдаленных уголках космоса.  
  • Изучение скорости вращения газа. Современные телескопы позволяют зафиксировать движение газовых объектов на большом расстоянии от Земли.

К чему приводит столкновение черных дыр?

Когда черные дыры сталкиваются, происходит их слияние. Наука объясняет это воздействием их гравитационных полей. При столкновении черных дыр появляется новое – общее гравитационное поле. Оба объекта начинают вращаться уже вокруг него. Так, может возникнуть новая черная дыра. При слиянии таких массивных объектов на большое расстояние распространяются гравитационные волны, которые иногда удается зафиксировать на Земле.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой:

О сайте

Ежедневный информационный сайт последних и актуальных новостей.

Комментарии

Архивы

Посетители