Чёрные дыры в космосе интересные факты

Сила тяготения Ньютона

Теория Ньютона с небольшими поправками работает во всей Солнечной системе. Но в то время, когда тяготение делается намного посильнее, мы должны приготовиться к сюрпризам. Астрономы нашли такие места – это, к примеру, нейтронные звезды. Такие сверхплотные объекты получаются по окончании взрыва сверхновых. Нейтронные звезды в большинстве случаев в 1,4 раза тяжелее Солнца, но имеют диаметр всего около 20 км. На их поверхности сила тяготения в миллион миллионов раз выше, чем на Земле. Дабы приподняться на миллиметр над поверхностью нейтронной звезды, необходимо больше энергии, чем на то, дабы вырваться из земного тяготения. Ручка, брошенная с высоты 1 м при таком притяжении, оказала бы действие, сравнимое с взрывом тонны тринитротолуола (не смотря на то, что в действительности огромная сила тяготения на поверхности нейтронной звезды, очевидно, мгновенно расплющила бы подобные объекты). Брошенному телу пригодилось бы набрать половину скорости света, дабы покинуть гравитационное поле таковой звезды. И напротив, любой предмет, свободно падающий на нейтронную звезду с громадной высоты, столкнулся бы с ее поверхностью на скорости, превышающей половину скорости света.

Общая теория относительности для математики вселенной

Теория Ньютона не работает с таковой замечательной гравитацией, какая появляется около нейтронных звезд, тут нужна ОТО (Общая теория относительности) Эйнштейна. Часы около поверхности таковой звезды будут идти на 10–20 % медленнее. Свет, идущий с ее поверхности, будет очень сильно искривляться, исходя из этого, глядя издали, вы заметите не просто полусферу, но и часть задней поверхности нейтронной звезды.

Тело многократно меньше либо многократно тяжелее нейтронной звезды поглотит целый свет поблизости и станет черной дырой. Пространство около нее будет «сворачиваться». В случае, если Солнце сжать так, дабы его радиус был равен 3 км, оно станет черной дырой. К счастью, Вселенная уже «провела» такие опыты за нас: как мы знаем, что в космосе имеются объекты, каковые схлопнулись и отрезали себя от окружающего мира.

В нашей Галактике имеется довольно много миллионов черных дыр, масса которых приблизительно на порядок больше солнечной. Эти черные дыры (The Black Hole) являются окончательным состоянием массивных звезд либо результатом их столкновений. В то время, когда такие объекты «изолированы» в пространстве, их весьма тяжело найти. Это возможно сделать, лишь замечая за гравитационным действием, которое они оказывают на другие тела либо лучи света, проходящие близко от них. Легче отыскать те черные дыры (The Black Hole), каковые вместе с вращающейся около них простой звездой образуют двойные системы. Способ обнаружения тут похож на тот, который употребляется, дабы высчитать наличие планет по их влиянию на движение звезды, около которой они вращаются. В случае с черными дырами задача упрощается, потому, что видимая звезда имеет массу меньше, чем у чёрного объекта (вместо того дабы быть в тысячу либо более раз тяжелее, как звезда если сравнивать с планетой), и исходя из этого обращается по более широкой и стремительной орбите.

Астрономы в любой момент особенно интересуются самыми «предельными» явлениями в космосе, в силу того, что, изучая их, мы с большей степенью возможности определим что-нибудь как следует новое. Быть может, самым большим из всех есть удивительно замечательное излучение, которое называется «гамма-всплеском». Эти явления, такие замечательные, что на пара секунд затмевают миллион галактик с их звездами, быть может, показывают на черные дыры (The Black Hole) в момент их образования.

Самые громадные черные дыры (The Black Hole) находятся в центрах галактик. Мы обнаруживаем их присутствие, замечая интенсивное свечение окружающего их газа либо обнаруживая весьма стремительное движение звезд, проходящих недалеко от них. Звезды, находящиеся весьма близко от центра нашей собственной Галактики, обращаются около него весьма быстро, как словно бы испытывают действие силы тяготения от чёрной массы – черной дыры, которая эквивалентна по массе 2,5 млн Солнц (Современное значение ближе к 4 млн масс Солнца. – Прим. авт.). Размер черной дыры пропорционален ее массе, соответственно, черная дыра в центре нашей Галактики имеет радиус 6 млн км. Кое-какие из самых ужасных черных дыр, находящихся в центрах других галактик, весят как пара миллиардов Солнц, а по размеру огромны, как целая Наша система. Однако если сравнивать с галактиками, в центре которых они находятся, черные дыры (The Black Hole) весьма малы.

Какими бы необыкновенными и непознаваемыми визуально ни были черные дыры (The Black Hole), их в действительности несложнее обрисовать, чем каждые другие небесные объекты. Структура Земли зависит от ее эволюции и состава; планеты для того чтобы же размера, обращающиеся около других звезд, очевидно, будут во многом хороши от Земли. А Солнце, по существу являющееся огромным шаром неизменно испытывающего вихревое движение раскаленного газа, смотрелось бы по-другому, если бы складывалось из других атомов. Но черная дыра «теряет всю память» о том, как она сформировалась, и быстро приходит к «штатному» гладкому состоянию, которое описывается всего двумя величинами: какое количество массы она смогла поглотить и как быстро вращается. В 1963 г., задолго перед тем, как появились доказательства существования черных дыр, – кроме того перед тем, как американский физик Джон Арчибальд Уилер внес предложение само наименование «черная дыра» (Уилер только популяризировал термин, предложенный журналисткой Энн Юинг. – Прим. авт.), – теоретик из Новой Зеландии Рой Керр взял решение уравнений Эйнштейна для вращающегося объекта. Позднее работы других ученых стали причиной потрясающему результату – все, что схлопывается (коллапсирует), преобразовывается в черную дыру, которую точно обрисовывает формула Керра. Черные дыры стандартизированы так же отлично, как элементарные частицы. Теория Эйнштейна точно говорит нам, как они искажают пространство и время и какую форму имеет их «поверхность».

Относительно черных дыр наши представления о пространстве и времени терпят провал. Свет движется по прямому пути, но в очень сильно искривленном пространстве он может оказаться сложным завитком. Кроме этого около черных дыр время идет весьма медлительно (кроме того медленнее, чем около нейтронных звезд). Напротив, если вы сможете зависнуть около черной дыры либо выйти на ее орбиту, вы заметите, как вся внешняя вселенная ускорится. Около черной дыры существует четкая граница, где для находящегося на надёжном расстоянии наблюдателя стрелки часов (либо падающий экспериментатор в границы) будут казаться застывшими, потому, что временно?е растяжение станет практически нескончаемым.

Кроме того свет не имеет возможности вырваться с данной поверхности. Искажение пространства и времени проявляется так очень сильно, как словно бы само пространство всасывают вовнутрь так быстро, что кроме того направленный наружу луч света втягивается вовнутрь. В черной дыре вы имеете возможность двигаться во внешнее пространство не дальше, чем перемещаться во времени вспять.

Вращающаяся черная дыра искажает пространство и время более сложным образом. Дабы представить себе это, вообразите водоворот. Если вы находитесь на большом растоянии от центра водоворота, вы имеете возможность плыть в любом направлении, куда лишь захотите, по течению либо против него. Ближе к центру вода закручивается стремительнее, чем может плыть ваша лодка: вам приходится двигаться по кругу вместе с ее потоком, не смотря на то, что вы все еще имеете возможность плыть наружу либо вовнутрь. Но ближе к центру составляющая скорости течения вовнутрь делается довольно много стремительнее вашей лодки. Если вы пересечете некоторый «критический радиус», у вас не будет больше никакого выбора относительно судьбы, и вас втянет вовнутрь.

Черная дыра заключена в поверхность, которая работает как односторонняя мембрана. Изнутри нельзя передать никакие сигналы сотрудникам, каковые замечают с надёжного расстояния. Любой, кто проходит через эту поверхность, попадает в ловушку и обречен на то, дабы быть втянутым в область, где, в соответствии с уравнениям Эйнштейна, тяготение «делается нескончаемым» при конечном времени, измеренном его собственными часами. Эта сингулярность практически показывает на то, что условия выходят за пределы известной нам физики, как это было, согласно нашей точке зрения, в начале существования Вселенной. Так, любой, кто упал в черную дыру, встретится «с концом времени». Не есть ли это предчувствие «Большого схлопывания», которое может стать окончательной судьбой нашей Вселенной? Либо у Вселенной нескончаемое будущее? Либо, быть может, какие-то пока неизвестные законы физики смогут обезопасисть нас от таковой судьбы?

Как мы знаем, теория Эйнштейна была порождена его успешной мыслью о том, что тяготение неотличимо от движения с ускорением и его нереально выяснить в свободно падающем лифте. Однако неравномерность тяготения нельзя игнорировать. В случае, если отряд астронавтов-камикадзе будет свободно падать на Землю, как строй геометрически верной формы, горизонтальные расстояния между ними будут сокращаться, в то время как вертикальные будут расти. Это происходит по причине того, что их траектории сходятся в одну точку в центре Земли, и сила тяготения посильнее действует на тех, кто в строю окажется ниже и, следовательно, ближе к Земле. Подобный же эффект будет функционировать и на различные части тела каждого астронавта: падая ногами вперед, астронавт будет ощущать вертикальное растяжение и сжатие с боков. Эта приливная сила, неощутимая для астронавтов при земном тяготении, делается катастрофически большой в черной дыре, что ведет к тому, что объект разрывается на части, преобразовывается в «спагетти» еще перед тем, как достигнет сингулярности в центре. Астронавт, падающий в черную дыру, имеющую массу звезды, испытает ужасное действие приливной силы перед тем, как достигнет поверхности дыры; затем останется всего пара секунд (по часам астронавта) до встречи с сингулярностью. Но у сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах галактик, приливные эффекты проявляются более мягко: кроме того по окончании прохождения вовнутрь через ее поверхность останется пара часов на изучение, перед тем как через чур большое приближение к центральной сингулярности станет очень неприятным (О современных представлениях по этому вопросу см.: Никитин М. Происхождение жизни. От туманности до клетки. – М.: Альпина нон-фикшн, 2018. – Прим. авт.).