Bagi saintis moden, lubang hitam adalah salah satu fenomena paling misteri di alam semesta kita. Kajian objek sedemikian sukar, tidak mungkin untuk mencubanya "dengan pengalaman". Jisim, ketumpatan bahan lubang hitam, proses pembentukan objek ini, dimensi - semua ini menimbulkan minat di kalangan pakar, dan kadang-kadang - kebingungan. Mari kita pertimbangkan topik dengan lebih terperinci. Mula-mula, mari kita analisa apakah objek sedemikian.
Maklumat am
Ciri menakjubkan objek kosmik ialah gabungan jejari kecil, ketumpatan tinggi jirim lubang hitam dan jisim yang sangat besar. Semua sifat fizikal objek yang diketahui pada masa ini kelihatan pelik kepada saintis, selalunya tidak dapat dijelaskan. Malah ahli astrofizik yang paling berpengalaman masih kagum dengan keanehan fenomena sedemikian. Ciri utama yang membolehkan saintis mengenal pasti lubang hitam ialah ufuk peristiwa, iaitu sempadan yang menyebabkantiada apa yang kembali, termasuk cahaya. Jika zon dipisahkan secara kekal, sempadan pemisahan ditetapkan sebagai ufuk peristiwa. Dengan pemisahan sementara, kehadiran ufuk yang kelihatan ditetapkan. Kadangkala temporal adalah konsep yang sangat longgar, iaitu, rantau ini boleh dipisahkan untuk tempoh yang melebihi zaman semasa alam semesta. Jika terdapat ufuk yang boleh dilihat yang wujud untuk masa yang lama, sukar untuk membezakannya daripada ufuk peristiwa.
Dalam banyak cara, sifat lubang hitam, ketumpatan bahan yang membentuknya, adalah disebabkan oleh kualiti fizikal lain yang beroperasi dalam undang-undang dunia kita. Horizon peristiwa lubang hitam simetri sfera ialah sfera yang diameternya ditentukan oleh jisimnya. Semakin banyak jisim ditarik ke dalam, semakin besar lubangnya. Namun ia kekal sangat kecil dengan latar belakang bintang, kerana tekanan graviti memampatkan segala-galanya di dalamnya. Jika kita membayangkan lubang yang jisimnya sepadan dengan planet kita, maka jejari objek sedemikian tidak akan melebihi beberapa milimeter, iaitu, ia akan kurang sepuluh bilion daripada bumi. Jejari itu dinamakan sempena Schwarzschild, saintis yang mula-mula menyimpulkan lubang hitam sebagai penyelesaian kepada teori umum relativiti Einstein.
Dan dalam?
Setelah masuk ke objek sedemikian, seseorang tidak mungkin menyedari kepadatan yang besar pada dirinya. Sifat-sifat lubang hitam tidak difahami dengan baik untuk memastikan apa yang akan berlaku, tetapi saintis percaya bahawa tiada apa yang istimewa dapat didedahkan apabila melintasi ufuk. Ini dijelaskan oleh Einsteinian yang setaraprinsip yang menjelaskan mengapa medan yang membentuk kelengkungan ufuk dan pecutan yang wujud dalam satah tidak berbeza bagi pemerhati. Apabila menjejaki proses lintasan dari jauh, anda dapat melihat objek itu mula perlahan berhampiran ufuk, seolah-olah masa berlalu dengan perlahan di tempat ini. Selepas beberapa lama, objek akan melintasi ufuk, jatuh ke dalam jejari Schwarzschild.
Ketumpatan jirim dalam lubang hitam, jisim objek, dimensi dan daya pasang surutnya, dan medan graviti adalah berkait rapat. Semakin besar jejari, semakin rendah ketumpatan. Jejari bertambah dengan berat. Daya pasang surut adalah berkadar songsang dengan berat kuasa dua, iaitu, apabila dimensi meningkat dan ketumpatan berkurangan, daya pasang surut objek berkurangan. Ia akan menjadi mungkin untuk mengatasi ufuk sebelum menyedari fakta ini jika jisim objek adalah sangat besar. Pada zaman awal relativiti am, adalah dipercayai bahawa terdapat ketunggalan di kaki langit, tetapi ini ternyata tidak berlaku.
Mengenai Kepadatan
Seperti yang ditunjukkan oleh kajian, ketumpatan lubang hitam, bergantung pada jisim, boleh lebih atau kurang. Untuk objek yang berbeza, penunjuk ini berbeza-beza, tetapi sentiasa berkurangan dengan peningkatan jejari. Lubang supermasif mungkin muncul, yang terbentuk dengan cara yang meluas disebabkan oleh pengumpulan bahan. Secara purata, ketumpatan objek sedemikian, yang jisimnya sepadan dengan jumlah jisim beberapa bilion cahaya dalam sistem kita, adalah kurang daripada ketumpatan air. Kadang-kadang ia setanding dengan tahap ketumpatan gas. Daya pasang surut objek ini sudah diaktifkan selepas pemerhati melintasi ufukperistiwa. Penjelajah hipotesis tidak akan dicederakan apabila dia menghampiri ufuk, dan akan jatuh beribu-ribu kilometer jika dia mendapat perlindungan daripada plasma cakera. Jika pemerhati tidak menoleh ke belakang, dia tidak akan perasan bahawa ufuk telah melintasi, dan jika dia menoleh, dia mungkin akan melihat sinar cahaya yang membeku di ufuk. Masa untuk pemerhati akan mengalir dengan sangat perlahan, dia akan dapat menjejaki peristiwa berhampiran lubang sehingga saat kematian - sama ada dia atau Alam Semesta.
Untuk menentukan ketumpatan lubang hitam supermasif, anda perlu mengetahui jisimnya. Cari nilai kuantiti ini dan isipadu Schwarzschild yang wujud dalam objek angkasa. Secara purata, penunjuk sedemikian, menurut ahli astrofizik, adalah sangat kecil. Dalam peratusan kes yang mengagumkan, ia adalah kurang daripada tahap ketumpatan udara. Fenomena tersebut dijelaskan seperti berikut. Jejari Schwarzschild berkaitan secara langsung dengan berat, manakala ketumpatan adalah berkaitan secara songsang dengan isipadu, dan oleh itu jejari Schwarzschild. Isipadu secara langsung berkaitan dengan jejari kubus. Jisim meningkat secara linear. Sehubungan itu, isipadu membesar lebih cepat daripada berat, dan ketumpatan purata menjadi lebih kecil, lebih besar jejari objek yang dikaji.
Ingin tahu
Daya pasang surut yang wujud dalam lubang ialah kecerunan daya graviti, yang agak besar di ufuk, jadi foton pun tidak dapat melarikan diri dari sini. Pada masa yang sama, peningkatan dalam parameter berlaku agak lancar, yang membolehkan pemerhati mengatasi ufuk tanpa risiko kepada dirinya sendiri.
Kajian tentang ketumpatan lubang hitam masukpusat objek masih agak terhad. Ahli astrofizik telah menetapkan bahawa semakin dekat singulariti pusat, semakin tinggi tahap ketumpatan. Mekanisme pengiraan yang dinyatakan sebelum ini membolehkan anda mendapatkan idea yang sangat sederhana tentang apa yang sedang berlaku.
Para saintis mempunyai idea yang sangat terhad tentang apa yang berlaku di dalam lubang, strukturnya. Menurut ahli astrofizik, taburan ketumpatan dalam lubang tidak begitu ketara bagi pemerhati luar, sekurang-kurangnya pada tahap semasa. Spesifikasi graviti, berat yang lebih bermaklumat. Semakin besar jisim, semakin kuat pusat, ufuk, dipisahkan antara satu sama lain. Terdapat juga andaian sedemikian: hanya di luar ufuk, jirim tidak hadir pada dasarnya, ia hanya boleh dikesan di kedalaman objek.
Adakah sebarang nombor diketahui?
Para saintis telah lama memikirkan tentang ketumpatan lubang hitam. Kajian tertentu telah dijalankan, percubaan dibuat untuk mengira. Inilah salah satu daripadanya.
Jisim suria ialah 210^30 kg. Lubang boleh terbentuk di tapak objek yang beberapa kali lebih besar daripada Matahari. Ketumpatan lubang paling ringan dianggarkan pada purata 10^18 kg/m3. Ini adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada ketumpatan nukleus atom. Kira-kira perbezaan yang sama daripada ciri tahap ketumpatan purata bintang neutron.
Kewujudan lubang ultralight adalah mungkin, yang dimensinya sepadan dengan zarah subnuklear. Untuk objek sedemikian, indeks ketumpatan akan menjadi sangat besar.
Jika planet kita menjadi lubang, ketumpatannya adalah lebih kurang 210^30 kg/m3. Walau bagaimanapun, saintis tidak dapat melakukannyamendedahkan proses yang menyebabkan rumah angkasa kita boleh diubah menjadi lubang hitam.
Mengenai nombor dengan lebih terperinci
Ketumpatan lubang hitam di pusat Bima Sakti dianggarkan 1.1 juta kg/m3. Jisim objek ini sepadan dengan 4 juta jisim suria. Jejari lubang dianggarkan 12 juta km. Ketumpatan lubang hitam yang ditunjukkan di tengah-tengah Bima Sakti memberikan gambaran tentang parameter fizikal lubang supermasif.
Jika berat sesuatu objek ialah 10^38 kg, iaitu dianggarkan kira-kira 100 juta Matahari, maka ketumpatan objek astronomi akan sepadan dengan tahap ketumpatan granit yang terdapat di planet kita.
Di antara semua lubang yang diketahui oleh ahli astrofizik moden, salah satu lubang paling berat ditemui di quasar OJ 287. Beratnya sepadan dengan 18 bilion peneraju sistem kami. Berapa ketumpatan lubang hitam, para saintis telah mengira tanpa banyak kesukaran. Nilai itu ternyata sangat kecil. Ia hanya 60 g/m3. Sebagai perbandingan: udara atmosfera planet kita mempunyai ketumpatan 1.29 mg/m3.
Dari manakah datangnya lubang?
Para saintis bukan sahaja menjalankan penyelidikan untuk menentukan ketumpatan lubang hitam berbanding dengan bintang sistem kita atau badan kosmik lain, tetapi juga cuba menentukan dari mana datangnya lubang, apakah mekanisme untuk pembentukan seperti itu. objek misteri. Kini terdapat idea tentang empat cara untuk penampilan lubang. Pilihan yang paling mudah difahami ialah keruntuhan bintang. Apabila ia menjadi besar, sintesis dalam nukleus selesai,tekanan hilang, jirim jatuh ke pusat graviti, jadi lubang muncul. Apabila anda mendekati pusat, ketumpatan meningkat. Lambat laun, penunjuk menjadi begitu ketara sehingga objek luar tidak dapat mengatasi kesan graviti. Dari titik ini, lubang baru muncul. Jenis ini lebih biasa daripada yang lain dan dipanggil lubang jisim suria.
Satu lagi jenis lubang yang agak biasa ialah lubang supermasif. Ini lebih kerap diperhatikan di pusat galaksi. Jisim objek berbanding dengan lubang jisim suria yang diterangkan di atas adalah berbilion kali lebih besar. Para saintis belum lagi menetapkan proses manifestasi objek tersebut. Diandaikan bahawa lubang pertama kali terbentuk mengikut mekanisme yang diterangkan di atas, kemudian bintang jiran diserap, yang membawa kepada pertumbuhan. Ini boleh dilakukan jika zon galaksi berpenduduk padat. Penyerapan jirim berlaku lebih cepat daripada yang boleh dijelaskan oleh skema di atas, dan saintis masih belum dapat meneka bagaimana penyerapan itu berlaku.
Andaian dan idea
Topik yang sangat sukar untuk ahli astrofizik ialah lubang primordial. Seperti itu, mungkin, muncul dari mana-mana jisim. Mereka boleh terbentuk dalam turun naik yang besar. Mungkin, kemunculan lubang sedemikian berlaku di Alam Semesta awal. Setakat ini, kajian yang ditumpukan kepada kualiti, ciri (termasuk ketumpatan) lubang hitam, proses penampilannya tidak membenarkan kita menentukan model yang menghasilkan semula proses penampilan lubang utama dengan tepat. Model yang diketahui pada masa ini kebanyakannya seperti itu, jika ia dilaksanakan dalam realiti,akan ada terlalu banyak lubang.
Anggapkan Large Hadron Collider boleh menjadi sumber pembentukan lubang, yang jisimnya sepadan dengan boson Higgs. Oleh itu, ketumpatan lubang hitam akan menjadi sangat besar. Jika teori sedemikian disahkan, ia boleh dianggap sebagai bukti tidak langsung untuk kehadiran dimensi tambahan. Pada masa ini, kesimpulan spekulatif ini masih belum disahkan.
Pancaran daripada lubang
Pancaran lubang dijelaskan oleh kesan kuantum jirim. Ruang adalah dinamik, jadi zarah di sini berbeza sama sekali daripada yang biasa kita lakukan. Berhampiran lubang, bukan sahaja masa diputarbelitkan; kefahaman tentang zarah bergantung pada siapa yang memerhatikannya. Jika seseorang jatuh ke dalam lubang, ia seolah-olah dia terjun ke dalam vakum, dan bagi pemerhati yang jauh, ia kelihatan seperti zon yang dipenuhi dengan zarah. Kesannya dijelaskan oleh regangan masa dan ruang. Sinaran dari lubang itu mula-mula dikenal pasti oleh Hawking, yang namanya diberikan kepada fenomena itu. Sinaran mempunyai suhu yang berkait songsang dengan jisim. Semakin rendah berat objek astronomi, semakin tinggi suhu (serta ketumpatan lubang hitam). Jika lubang itu supermasif atau mempunyai jisim yang setanding dengan bintang, suhu inheren sinarannya akan lebih rendah daripada latar belakang gelombang mikro. Oleh sebab itu, tidak mungkin untuk memerhatikannya.
Radiasi ini menerangkan kehilangan data. Ini adalah nama fenomena terma, yang mempunyai satu kualiti yang berbeza - suhu. Tiada maklumat mengenai proses pembentukan lubang melalui kajian, tetapi objek yang memancarkan sinaran tersebut secara serentak kehilangan jisim (dan oleh itu tumbuhketumpatan lubang hitam) berkurangan. Prosesnya tidak ditentukan oleh bahan dari mana lubang itu terbentuk, tidak bergantung pada apa yang disedut ke dalamnya kemudian. Para saintis tidak dapat mengatakan apa yang menjadi dasar lubang itu. Selain itu, kajian telah menunjukkan bahawa sinaran adalah proses yang tidak dapat dipulihkan, iaitu, satu proses yang tidak boleh wujud dalam mekanik kuantum. Ini bermakna bahawa sinaran tidak boleh diselaraskan dengan teori kuantum, dan ketidakkonsistenan memerlukan usaha lanjut ke arah ini. Walaupun saintis percaya bahawa sinaran Hawking harus mengandungi maklumat, kami masih belum mempunyai cara, keupayaan untuk mengesannya.
Teringin: tentang bintang neutron
Jika ada gergasi super, itu tidak bermakna jasad astronomi sebegitu kekal abadi. Lama kelamaan, ia berubah, membuang lapisan luar. Kerdil putih mungkin muncul dari sisa. Pilihan kedua ialah bintang neutron. Proses khusus ditentukan oleh jisim nuklear badan primer. Jika dianggarkan dalam 1.4-3 suria, maka pemusnahan supergergasi disertai dengan tekanan yang sangat tinggi, yang menyebabkan elektron, seolah-olah, ditekan ke dalam proton. Ini membawa kepada pembentukan neutron, pelepasan neutrino. Dalam fizik, ini dipanggil gas degenerasi neutron. Tekanannya adalah sedemikian rupa sehingga bintang tidak dapat menguncup lagi.
Namun, seperti yang ditunjukkan oleh kajian, mungkin tidak semua bintang neutron muncul dengan cara ini. Sebahagian daripadanya adalah saki-baki yang besar yang meletup seperti supernova kedua.
Jejari badan Tomkurang daripada lebih jisim. Bagi kebanyakan, ia berbeza antara 10-100 km. Kajian telah dijalankan untuk menentukan ketumpatan lohong hitam, bintang neutron. Untuk yang kedua, seperti yang ditunjukkan oleh ujian, parameternya agak hampir dengan yang atom. Angka khusus yang ditetapkan oleh ahli astrofizik: 10^10 g/cm3.
Ingin mengetahui: teori dan amalan
Bintang neutron telah diramalkan secara teori pada tahun 60-an dan 70-an abad yang lalu. Pulsar adalah yang pertama ditemui. Ini adalah bintang kecil, kelajuan putarannya sangat tinggi, dan medan magnetnya benar-benar hebat. Adalah diandaikan bahawa pulsar mewarisi parameter ini daripada bintang asal. Tempoh putaran berbeza dari milisaat hingga beberapa saat. Pulsar pertama yang diketahui mengeluarkan pancaran radio berkala. Hari ini, pulsar dengan sinaran spektrum sinar-X, sinaran gamma diketahui.
Proses pembentukan bintang neutron yang diterangkan boleh diteruskan - tiada apa yang boleh menghalangnya. Jika jisim nuklear lebih daripada tiga jisim suria, maka badan searah adalah sangat padat, ia dirujuk sebagai lubang. Tidak mungkin untuk menentukan sifat-sifat lubang hitam dengan jisim lebih besar daripada yang kritikal. Jika sebahagian daripada jisim hilang akibat sinaran Hawking, jejari akan berkurangan secara serentak, jadi nilai berat sekali lagi akan kurang daripada nilai kritikal untuk objek ini.
Bolehkah lubang mati?
Para saintis mengemukakan andaian tentang kewujudan proses akibat penyertaan zarah dan antizarah. Turun naik unsur boleh menyebabkan ruang kosong dicirikantahap tenaga sifar, yang (ini adalah paradoks!) tidak akan sama dengan sifar. Pada masa yang sama, ufuk peristiwa yang wujud dalam badan akan menerima spektrum tenaga rendah yang wujud dalam badan hitam mutlak. Sinaran sedemikian akan menyebabkan kehilangan jisim. Horizon akan mengecil sedikit. Katakan terdapat dua pasang zarah dan antagonisnya. Terdapat penghapusan zarah dari satu pasangan dan antagonisnya dari yang lain. Akibatnya, terdapat foton yang terbang keluar dari lubang. Pasangan kedua zarah yang dicadangkan jatuh ke dalam lubang, pada masa yang sama menyerap sejumlah jisim, tenaga. Secara beransur-ansur, ini membawa kepada kematian lohong hitam.
Sebagai kesimpulan
Menurut sesetengah orang, lubang hitam ialah sejenis pembersih vakum kosmik. Lubang boleh menelan bintang, malah ia boleh "memakan" galaksi. Dalam banyak cara, penjelasan tentang kualiti lubang, serta ciri pembentukannya, boleh didapati dalam teori relativiti. Darinya diketahui bahawa masa adalah berterusan, serta ruang. Ini menerangkan sebab proses pemampatan tidak boleh dihentikan, ia tidak terhad dan tidak terhad.
Ini adalah lubang hitam misteri ini, di mana ahli astrofizik telah memerah otak mereka selama lebih sedekad.
