Қара тесіктер ғарышта қайдан пайда болады? Манекендерге арналған қара тесіктер: құрылымы, түрлері, түсіндірмесі
Жұлдыз өмірінің соңына қарай қара тесікке айналуы мүмкін. Бұл түрлендіру кезінде жұлдыз өте күшті жиырылады, ал оның массасы сақталады. Жұлдыз кішкентай, бірақ өте ауыр шарға айналады. Егер біздің Жер планетасы қара дырға айналады деп есептесек, оның бұл күйдегі диаметрі небәрі 9 миллиметр болады. Бірақ Жер қара тесікке айнала алмайды, өйткені жұлдыздардағыдай емес, планеталардың өзегінде мүлде басқа реакциялар жүреді.
Жұлдыздың мұндай қатты қысылуы мен нығыздалуы жұлдыздың центріндегі термоядролық реакциялардың әсерінен оның тартылу күші қатты артып, жұлдыздың бетін оның центріне тарта бастағандықтан болады. Біртіндеп жұлдыздың жиырылу жылдамдығы артып, ақырында жарық жылдамдығынан асып кете бастайды. Жұлдыз бұл күйге жеткенде жарқылын тоқтатады, себебі жарық бөлшектері – кванттар тартылыс күшін жеңе алмайды. Бұл күйдегі жұлдыз жарық шығаруды тоқтатады, ол гравитациялық радиустың «ішінде» қалады - оның шегінде барлық заттар жұлдыздың бетіне тартылады. Астрономдар бұл шекараны оқиға көкжиегі деп атайды. Және бұл шекарадан тыс ауырлық күші қара тесіктөмендейді. Жарық бөлшектері жұлдыздың гравитациялық шекарасын еңсере алмайтындықтан, қара құрдымды тек аспаптар арқылы анықтауға болады, мысалы, белгісіз себептермен ғарыш кемесі немесе басқа дене – комета немесе астероид – өз траекториясын өзгерте бастаса, бұл ол, ең алдымен, әсерінен болды гравитациялық күштердің қара құрдым. Мұндай жағдайда басқарылатын ғарыш объектісі шұғыл түрде барлық қозғалтқыштарды қосып, қауіпті ауырлық аймағынан шығуы керек, ал егер қуат жеткіліксіз болса, оны сөзсіз қара құрдым жұтады.
Егер Күн қара құрдымға айнала алатын болса, онда Күн жүйесінің планеталары Күннің гравитациялық радиусында орналасып, оларды өзіне тартып, жұтып қояр еді. Бақытымызға орай, бұл болмайды, өйткені... Тек өте үлкен, массивті жұлдыздар қара тесікке айнала алады. Күн бұл үшін тым кішкентай. Өзінің эволюциясы кезінде Күн жойылып кеткен қара ергежейліге айналуы мүмкін. Ғарышта қазір бар басқа қара тесіктер, біздің планетамыз бен жеріміз үшін ғарыш кемелеріқауіпті емес – олар бізден тым алыс.
Көруге болатын танымал «Үлкен жарылыс теориясы» телехикаясында Ғаламның жаратылу құпияларын немесе ғарышта қара құрдымдардың пайда болу себептерін біле алмайсыз. Басты кейіпкерлер ғылымға құмар және университеттің физика факультетінде жұмыс істейді. Олар үнемі әртүрлі күлкілі жағдайларға тап болады, оларды қарау қызықты.
Қара тесіктер - бұл шынымен таңғажайып нәрсе. Мүмкін, олар бізге қара кеңістікте жасырынған көзге көрінбейтін жыртқыш аңдар сияқты көрінетіндіктен шығар. Кейде жұлдыздарды бөліп-жарып, абайсызда ұшып өтіп, олардың қалдықтарын ғарышқа шашыратады. Қалай болғанда да, бұл оғаш ғарыштық нысандар ғалымдар мен астрономия әуесқойларын таң қалдыруда.
Ғаламның жыртқыштары
Сонымен, қара тесіктер қайдан пайда болады? Олар қалай пайда болады және оларға мұндай орасан зор жойқын күш не береді?
Бұл сұраққа жауап бермес бұрын, біз одан да маңызды нәрсені анықтауымыз керек - қара тесік дегеніміз не?
Принстон университетінің астрофизигі Нета Бакзал: «Жалпы, біз қара дыры гравитациялық күші соншалықты күшті, одан ештеңе қашып құтыла алмайтын нысан ретінде қарастыруға болады. Тіпті жарық толқындары да осы құбыжықтарға жұтылады, сондықтан қара тесіктер қара деп аталады.
Бұл оғаш заттар өлі жұлдыздардың қалдықтарынан туған феникс құсы сияқты көрінеді. Массивті жұлдыздар өмірінің соңына жеткенде, ядроларындағы гелийге айналатын сутегі таусылады. Ал құбыжық жұлдыздары қалған атомдарды одан да ауыр элементтерге біріктіріп, гелийді жаға бастайды. Үтікке дейін. Оның синтезі енді жұлдыздың сыртқы қабаттарын қолдау үшін жеткілікті энергияны қамтамасыз етпейді. Жұлдыздың бұл жоғарғы қабаттары ішке қарай құлап, содан кейін жарылып, супернова деп аталатын күшті және жарқын жарылыс кезінде ғарышқа лақтырылады.
Дегенмен, жұлдыздың кішкене бөлігі орнында қалады. Альберт Эйнштейннің жалпы салыстырмалық теориясының теңдеулері жұлдыздың қалдықтары шамамен үш массаға ие болса, олардың күшті тартылыс күші оның айналасындағы барлық нәрсені жұта бастайды деп болжайды. Ал бұл қалдықтар жасалған материал шексіз тығыздығы бар шексіз аз нүктеге дейін сығылады. Физиканың белгілі заңдары мұндай шексіз аз шамаларды сипаттауға әлі төтеп бере алмайды. «Осы кезде біздің біліміміз аяқталады және біз одан әрі не болатынын білмейміз», - дейді Бакзал.
Құбыжықтың туылуы
Егер жұлдыздың қалдығы жалғыз қалса, әдетте, одан әрі ештеңе болмайды. Бірақ мұндай нысанды газ бен шаң қоршап алса, бұл зат қара құрдымға сіңе бастайды. Сонымен қатар жарқыраған жарқылдарды жасайды. Олар газ бен шаң қызған кезде пайда болады. Ал үлкен жылдамдықпен олар қара тесікке түсе бастайды. Бұл процесс қара құрдым массасының ұлғаюына әкеліп, нысанның өсуіне мүмкіндік береді.
Егер екі қара тесік кездессе, олардың әрқайсысының ауырлық күші екіншісіне әсер етеді. Және олар жалпы масса центрінің айналасында айнала отырып, жақындай түседі. Және бұл нысандар ерте ме, кеш пе соқтығысады. Олардың массаларының жылдам бірігуі барлық бағытта күшті гравитациялық толқындарды жібере отырып, кеңістік-уақыт тінін шайқайды. 2015 жылы астрономдар мұндай гравитациялық толқындарды лазерлік гравитациялық-толқын обсерваториясының (LIGO) көмегімен ашты.
«Осы эксперименттің нәтижесінде біз алғаш рет қара тесіктердің бар белгілерін анықтап, олардың шынымен бар екенін растай алдық», - деді Бакзал нәтижелер сонымен қатар Эйнштейннің теңдеулер.
Супермассивті қара тесіктер
Ғалымдар анықтады жанама дәлелдербұрын қара тесіктердің болуы. Олар біздің Құс жолы галактикасының орталығындағы алып, көрінбейтін нысанды айналып өтетін жұлдыздарды бақылады. Бақзал айтқандай, біздің Күннің миллиардтаған массасына ие болуы мүмкін мұндай аса үлкен қара тесіктер ғарыштағы шын мәнінде орасан зор нысандар болып табылады.
Зерттеушілердің пайымдауынша, бұл өте үлкен қара тесіктер бір кездері әлдеқайда кішірек болған. Олар жас болып көрінген кезде, олар өте қарапайым болды. Ұзақ уақыт бойы бұл нысандар газ бен шаңды сіңіріп, бір-бірімен қосылып, үлкен құбыжықтарға айналды. Дегенмен, бұл процестің көптеген бөлшектері әлі толық түсінілмеген.
Қатені тапсаңыз, мәтін бөлігін бөлектеп, басыңыз Ctrl+Enter.
Байланыста
ҚАРА ТЕСІК
материяның толық гравитациялық күйреуі нәтижесінде пайда болатын, тартылыс күші соншалықты күшті болғандықтан, материя да, жарық та, басқа ақпарат тасымалдаушылар да оны тастап кете алмайтын кеңістіктегі аймақ. Демек, қара құрдымның ішкі бөлігі ғаламның қалған бөлігімен себепті байланысы жоқ; Қара құрдым ішінде болатын физикалық процестер оның сыртындағы процестерге әсер ете алмайды. Қара құрдым бір бағытты қабықша қасиеті бар бетпен қоршалған: ол арқылы зат пен радиация қара тесікке еркін түседі, бірақ ол жерден ештеңе қашып құтыла алмайды. Бұл бет «оқиға горизонты» деп аталады. Жерден мыңдаған жарық жыл қашықтықтағы қара құрдымдардың бар екендігінің жанама белгілері әлі де бар болғандықтан, біздің одан әрі таныстыруымыз негізінен теориялық нәтижелерге негізделген. Жалпы салыстырмалылық теориясы (1915 жылы Эйнштейн ұсынған гравитация теориясы) және басқа да қазіргі заманғы ауырлық теориялары болжаған қара тесіктерді 1939 жылы Р.Оппенгеймер мен Х.Снайдер математикалық тұрғыдан негіздеді. Бірақ кеңістіктің қасиеттері мен бұл нысандардың маңайындағы уақыт ерекше болғаны соншалық, астрономдар мен физиктер 25 жыл бойы оларды байыппен қабылдаған жоқ. Алайда 1960 жылдардың ортасындағы астрономиялық жаңалықтар ықтимал физикалық шындық ретінде жер бетіне қара тесіктерді шығарды. Олардың ашылуы мен зерттелуі біздің кеңістік пен уақыт туралы идеяларымызды түбегейлі өзгерте алады.
Қара тесіктердің пайда болуы.Жұлдыздың ішегінде термоядролық реакциялар жүріп жатқанда, олар жоғары температура мен қысымды сақтайды, жұлдыздың өз тартылыс күшінің әсерінен құлап кетуіне жол бермейді. Алайда уақыт өте келе ядролық отын таусылып, жұлдыз кішірейе бастайды. Есептеулер көрсеткендей, егер жұлдыздың массасы үш күн массасынан аспаса, онда ол «тартылыс күшімен шайқаста» жеңіске жетеді: оның гравитациялық күйреуі «тозған» материяның қысымымен тоқтатылады, ал жұлдыз мәңгілікке айналады. ақ ергежейлі немесе нейтрондық жұлдыз. Бірақ егер жұлдыздың массасы үш күннен артық болса, онда оның апатты күйреуін ештеңе тоқтата алмайды және ол тез арада оқиға көкжиегіне түсіп, қара тесікке айналады. Массасы M сфералық қара құрдым үшін оқиға көкжиегі экваторда қара құрдымның «гравитациялық радиусынан» 2p есе үлкен шеңбері бар шарды құрайды RG = 2GM/c2, мұндағы c – жарық жылдамдығы, ал G – гравитациялық тұрақты. Массасы 3 күн массасы бар қара құрдымның гравитациялық радиусы 8,8 км.
Егер астроном жұлдызды оның қара тесікке айналу сәтінде бақылайтын болса, онда ол алдымен жұлдыздың қалай тез және жылдам қысылып жатқанын көреді, бірақ оның беті гравитациялық радиусқа жақындаған сайын, сығылу оған дейін баяулай бастайды. толығымен тоқтайды. Сонымен бірге жұлдыздан түсетін жарық толығымен сөнгенше әлсіреп, қызарып кетеді. Бұл үлкен ауырлық күшімен күресу кезінде жарық энергияны жоғалтады және оның бақылаушыға жетуі үшін барған сайын көбірек уақыт қажет болады. Жұлдыз беті гравитациялық радиусқа жеткенде, одан шыққан жарық бақылаушыға жету үшін шексіз уақытты алады (және фотондар барлық энергиясын жоғалтады). Демек, астроном ешқашан осы сәтті күтпейді, сонымен қатар оқиға көкжиегі астындағы жұлдызға не болып жатқанын көрмейді. Бірақ теориялық тұрғыдан бұл процесті зерттеуге болады. Идеалданған сфералық коллапстың есептеулері жұлдыздың қысқа уақыт ішінде тығыздық пен ауырлық күшінің шексіз жоғары мәндеріне қол жеткізілетін нүктеге дейін құлайтынын көрсетеді. Мұндай нүкте «ерекшелік» деп аталады. Сонымен қатар, жалпы математикалық талдау, егер оқиға көкжиегі пайда болса, онда тіпті сфералық емес күйреудің өзі ерекшелікке әкелетінін көрсетеді. Дегенмен, мұның бәрі жалпы салыстырмалылық біз әлі сенімді емес өте кішкентай кеңістіктік масштабтарға қатысты болған жағдайда ғана дұрыс болады. Микроәлемде кванттық заңдар жұмыс істейді, бірақ тартылыстың кванттық теориясы әлі жасалмаған. Кванттық әсерлер жұлдыздың қара құрдымға құлауын тоқтата алмайтыны анық, бірақ олар ерекшеліктің пайда болуына жол бермеуі мүмкін. Заманауи жұлдыздар эволюциясының теориясы және Галактиканың жұлдызды популяциясы туралы біздің біліміміз оның 100 миллиард жұлдыздарының арасында ең массивтік жұлдыздардың ыдырауы кезінде пайда болған 100 миллионға жуық қара тесіктер болуы керек екенін көрсетеді. Сонымен қатар, өте үлкен массалардағы қара тесіктер үлкен галактикалардың, соның ішінде біздің галактикалардың ядроларында орналасуы мүмкін. Жоғарыда айтылғандай, біздің дәуірімізде күн массасынан үш есе асатын масса ғана қара құрдымға айнала алады. Дегенмен, Үлкен жарылыстан кейін бірден, шамамен. 15 миллиард жыл бұрын Ғаламның кеңеюі басталды, кез келген массадағы қара тесіктер пайда болуы мүмкін. Олардың ең кішісі кванттық әсерлердің әсерінен буланып, радиация және бөлшектер ағыны түрінде массасын жоғалтуы керек еді. Бірақ массасы 1015 г-нан асатын «бастапқы қара тесіктер» бүгінгі күнге дейін аман қалды. Жұлдыздардың құлдырауының барлық есептеулері сфералық симметриядан шамалы ауытқу болжамымен жасалады және оқиғалар көкжиегі әрқашан қалыптасатынын көрсетеді. Дегенмен, сфералық симметриядан күшті ауытқу кезінде жұлдыздың күйреуі шексіз күшті тартылыс аймағының пайда болуына әкелуі мүмкін, бірақ оқиғалар көкжиегімен қоршалмаған; ол «жалаңаш ерекшелік» деп аталады. Бұл біз жоғарыда талқылаған мағынада енді қара тесік емес. Жалаңаш ерекшелікке жақын физикалық заңдар өте күтпеген формада болуы мүмкін. Қазіргі уақытта жалаңаш сингулярлық екіталай нысан болып саналады, ал астрофизиктердің көпшілігі қара тесіктердің бар екеніне сенеді.
Қара тесіктердің қасиеттері.Сыртқы бақылаушыға қара құрдымның құрылымы өте қарапайым болып көрінеді. Жұлдыздың қара тесікке құлауы секундтың аз бөлігінде (қашықтықтағы бақылаушының сағаты бойынша) бастапқы жұлдыздың біртекті еместігіне байланысты оның барлық сыртқы белгілері гравитациялық және электромагниттік толқындар түрінде шығарылады. Алынған стационарлы қара тесік үш шамадан басқа бастапқы жұлдыз туралы барлық ақпаратты «ұмытады»: жалпы масса, бұрыштық импульс (айналумен байланысты) және электр заряды. Қара тесікті зерттей отырып, бастапқы жұлдыздың материядан немесе антиматериядан тұратынын, сигара немесе құймақ пішіні болғанын және т.б. екенін білу мүмкін емес. Нақты астрофизикалық жағдайларда зарядталған қара құрдым жұлдыз аралық ортадан қарама-қарсы таңбалы бөлшектерді тартады және оның заряды тез нөлге айналады. Қалған стационарлық нысан не айналмайтын «Шварцшильд қара дыры» болады, ол тек массасымен сипатталады, немесе массасы мен бұрыштық импульсімен сипатталатын айналмалы «Керр қара дыры» болады. Жоғарыда аталған стационарлы қара құрдым түрлерінің бірегейлігі жалпы салыстырмалылық теориясы аясында У.Ираэль, Б.Картер, С.Хокинг және Д.Робинсонмен дәлелденді. Салыстырмалылықтың жалпы теориясына сәйкес кеңістік пен уақыт массивтік денелердің гравитациялық өрісімен қисық болады, ең үлкен қисықтық қара тесіктердің жанында болады. Физиктер уақыт пен кеңістік аралықтары туралы айтқанда, олар қандай да бір физикалық сағаттан немесе сызғыштан оқылатын сандарды білдіреді. Мысалы, сағаттың рөлін белгілі бір тербеліс жиілігі бар молекула атқара алады, оның екі оқиға арасындағы санын «уақыт аралығы» деп атауға болады. Гравитацияның бәріне қалай әсер ететіні таңқаларлық. физикалық жүйелербірдей: барлық сағаттар уақыттың баяулап бара жатқанын көрсетеді, ал барлық сызғыштар ғарыштың қара құрдымға жақын жерде созылып жатқанын көрсетеді. Бұл қара құрдым өзінің айналасындағы кеңістік пен уақыт геометриясын бүгетінін білдіреді. Қара дырыдан шалғайда бұл қисықтық кішкентай, бірақ оған жақын жерде оның үлкендігі сонша, жарық сәулелері оның айналасында шеңбер бойымен қозғала алады. Қара дырыдан шалғайда оның гравитациялық өрісі дәл сол массалық дене үшін Ньютон теориясымен сипатталған, бірақ оған жақын жерде тартылыс күші Ньютон теориясы болжағаннан әлдеқайда күштірек болады. Қара тесікке түскен кез келген дене оқиға көкжиегін кесіп өтпес бұрын, орталықтан әртүрлі қашықтықтағы ауырлық күшінің айырмашылығынан туындайтын күшті толқындық гравитациялық күштермен бөлшектенеді. Қара құрдым әрқашан затты немесе сәулені жұтуға дайын, осылайша оның массасын арттырады. Оның сыртқы әлеммен әрекеттесуі қарапайым Хокинг принципімен анықталады: егер бөлшектердің кванттық өндірісі ескерілмесе, қара құрдымның оқиға горизонтының ауданы ешқашан азаймайды. Дж.Бекенштейн 1973 жылы қара дырылар сәуле шығаратын және жұтатын физикалық денелер сияқты физикалық заңдарға бағынады («абсолютті қара дене» үлгісі). Осы идеяның әсерінен Хокинг 1974 жылы қара тесіктер зат пен сәуле шығара алатынын көрсетті, бірақ бұл қара құрдымның массасы салыстырмалы түрде аз болған жағдайда ғана байқалады. Мұндай қара тесіктер Ғаламның кеңеюін бастаған Үлкен жарылыстан кейін бірден пайда болуы мүмкін. Бұл бастапқы қара тесіктердің массасы 1015 г аспауы керек (кішкентай астероид сияқты), ал олардың мөлшері 10-15 м (протон немесе нейтрон сияқты) болуы керек. Қара тесік жанындағы күшті гравитациялық өріс бөлшектер-антибөлшек жұптарын тудырады; әрбір жұптың бөлшектерінің бірі саңылау арқылы жұтылады, ал екіншісі сыртқа шығарылады. Массасы 1015 г қара құрдым өзін температурасы 1011 К дене сияқты ұстауы керек. Қара құрдымдардың «булануы» идеясы олардың қабілетсіз денелер ретіндегі классикалық тұжырымдамасына толығымен қайшы келеді. сәулелену.
Қара тесіктерді іздеу.Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы шеңберіндегі есептеулер қара дырылардың бар болу мүмкіндігін ғана көрсетеді, бірақ олардың болуын мүлде дәлелдей алмайды. шынайы әлем ; нағыз қара құрдымның ашылуы физиканың дамуындағы маңызды қадам болар еді. Ғарышта оқшауланған қара тесіктерді табу өте қиын: біз ғарыштық қараңғылықтың фонында кішкентай қараңғы нысанды байқай алмаймыз. Бірақ қара құрдымды қоршаған астрономиялық денелермен әрекеттесу, оларға тән әсер ету арқылы анықтауға үміт бар. Аса массивті қара тесіктер галактикалардың орталықтарында орналаса алады, олар сол жердегі жұлдыздарды үздіксіз жалмап отырады. Қара тесік айналасында шоғырланған жұлдыздар галактикалық ядролардағы орталық жарықтық шыңдарын қалыптастыруы керек; Қазір оларды іздеу жұмыстары қызу жүріп жатыр. Тағы бір іздеу әдісі - галактикадағы орталық нысанның айналасындағы жұлдыздар мен газдың жылдамдығын өлшеу. Егер олардың орталық объектіден қашықтығы белгілі болса, онда оның массасы мен орташа тығыздығын есептеуге болады. Егер ол жұлдыз шоғырлары үшін мүмкін болатын тығыздықтан айтарлықтай асып кетсе, онда бұл қара тесік деп есептеледі. Осы әдісті қолдана отырып, 1996 жылы Дж.Моран және оның әріптестері NGC 4258 галактикасының орталығында массасы 40 миллион күн болатын қара құрдым болуы мүмкін екенін анықтады. Ең перспективалысы - екілік жүйелерде қара дыры іздеу, онда ол қалыпты жұлдызмен жұптасып, жалпы масса центрінің айналасында айнала алады. Жұлдыздың спектріндегі сызықтардың периодты доплерлік ығысуы арқылы оның белгілі бір денемен тандемде айналатынын түсінуге және тіпті соңғысының массасын бағалауға болады. Егер бұл масса 3 күн массасынан асып кетсе және дененің радиациясының өзін анықтау мүмкін болмаса, онда оның қара құрдым болуы әбден мүмкін. Ықшам екілік жүйеде қара тесік қалыпты жұлдыздың бетінен газды ұстай алады. Қара тесік айналасында орбитада қозғала отырып, бұл газ дискіні құрайды және ол қара тесікке қарай бұралған кезде қатты қызады және күшті рентген сәулесінің көзіне айналады. Бұл сәулеленудің жылдам ауытқуы газдың кішкентай, массивтік объектінің айналасында шағын радиус орбитасында жылдам қозғалатынын көрсетуі керек. 1970 жылдардан бастап қара тесіктердің айқын белгілері бар екілік жүйелерде бірнеше рентгендік көздер ашылды. Ең перспективалы болып рентгендік екілік V 404 Cygni табылады, оның көрінбейтін құрамдас бөлігінің массасы 6 күн массасынан кем емес деп бағаланады. Басқа тамаша қара құрдым үміткерлері Cygnus X-1, LMCX-3, V 616 Monoceros, QZ Chanterelles рентгендік екілік жүйелерінде және Ophiuchus 1977, Mucha 1981 және Scorpio 1994 рентгендік жаңа жүйелерінде. Ерекшелік LMCX- болып табылады. 3, Үлкен Магеллан бұлтында орналасқан, олардың барлығы біздің Галактикада шамамен 8000 жарық жылы қашықтықта орналасқан. жыл Жерден.
да қараңыз
КОСМОЛОГИЯ;
АУЫРЛЫҚ;
ГРАВИТАЦИЯЛЫҚ КОЛЛАПС;
РЕАЛАТИВТІК;
ЭКСТРА-АТМОСФЕРА АСТРОНОМИЯСЫ.
ӘДЕБИЕТ
Черепащук А.М. Екілік жүйелердегі қара тесіктердің массалары. Физика ғылымындағы жетістіктер, 166-бет. 809, 1996 ж
Collier энциклопедиясы. - Ашық қоғам. 2000 .
Синонимдер:Басқа сөздіктерде «ҚАРА ТЕСІК» деген не екенін қараңыз:
ҚАРА ТҰРЫҚ – материя да, радиация да шыға алмайтын ғарыш кеңістігінің локализацияланған аймағы, басқаша айтқанда, бірінші ғарыштық жылдамдық жарық жылдамдығынан асып түседі. Бұл аймақтың шекарасы оқиға көкжиегі деп аталады.... ... Ғылыми-техникалық энциклопедиялық сөздік
Ғарыштық дененің ауырлық күшімен қысылуы нәтижесінде пайда болатын зат. оның гравитациялық радиусынан кіші өлшемдерге күштер rg=2g/c2 (мұндағы M – дененің массасы, G – гравитациялық тұрақты, с – жарық жылдамдығының сандық мәні). бар болуы туралы болжам....... Физикалық энциклопедия
Зат есім, синонимдер саны: 2 жұлдыз (503) белгісіз (11) ASIS синонимдер сөздігі. В.Н. Тришин. 2013… Синонимдік сөздік
Өткен ғасырлардағы ғалымдар үшін де, біздің заманымыздың зерттеушілері үшін де ғарыштың ең үлкен құпиясы – қара құрдым. Физикаға мүлдем бейтаныс жүйенің ішінде не бар? Онда қандай заңдар қолданылады? Қалай уақыт өтедіқара тесікте және неліктен тіпті жарық кванттары одан қашып құтыла алмайды? Енді біз, әрине, тәжірибе тұрғысынан емес, теория тұрғысынан қара құрдымның ішінде не бар екенін, оның неліктен пайда болғанын және бар екенін, оны қоршап тұрған объектілерді қалай тартатынын түсінуге тырысамыз.
Алдымен осы объектіні сипаттайық
Сонымен, қара құрдым - бұл Ғаламдағы кеңістіктің белгілі бір аймағы. Оны бөлек жұлдыз немесе планета деп бөлу мүмкін емес, өйткені ол қатты дене де, газ тәрізді дене де емес. Уақыт деген не және бұл өлшемдер қалай өзгеретіні туралы негізгі түсініксіз қара құрдымның ішінде не бар екенін түсіну мүмкін емес. Мәселе мынада, бұл аймақ жай ғана кеңістіктік бірлік емес. бұл біз білетін үш өлшемді де (ұзындық, ені және биіктігі) және уақыт шкаласын бұрмалайды. Ғалымдар көкжиек аймағында (шұңқырды қоршап тұрған аймақ деп аталатын) уақыт кеңістіктік мағынаға ие болып, алға да, артқа да жылжи алатынына сенімді.
Гравитацияның қыр-сырын білейік
Қара құрдымның ішінде не бар екенін түсінгіміз келсе, тартылыс күші деген не екенін егжей-тегжейлі қарастырайық. Дәл осы құбылыс тіпті жарық қашып құтыла алмайтын «құрт саңылаулары» деп аталатын табиғатты түсінудің кілті болып табылады. Гравитация – материалдық негізі бар барлық денелердің өзара әрекеттесуі. Мұндай ауырлық күші денелердің молекулалық құрамына, атомдардың концентрациясына, сондай-ақ олардың құрамына байланысты. Кеңістіктің белгілі бір аймағында неғұрлым көп бөлшектер құласа, тартылыс күші соғұрлым көп болады. Бұл біздің Ғаламның өлшемі бұршақтай болған кездегі Үлкен жарылыс теориясымен тығыз байланысты. Бұл максимум ерекшелік күйі болды және жарық кванттарының жарқырауы нәтижесінде бөлшектердің бірін-бірі итеруіне байланысты кеңістік кеңейе бастады. Ғалымдар қара құрдымды керісінше сипаттайды. ТБЗ сәйкес мұндай нәрсенің ішінде не бар? Туған кездегі біздің Ғаламға тән көрсеткіштерге тең ерекшелік.
Материя құрт тесігіне қалай түседі?
Қара құрдым ішінде не болып жатқанын адам ешқашан түсіне алмайды деген пікір бар. Өйткені ол жерде бір рет ол тартылыс күші мен тартылыс күшімен жаншылады. Шындығында бұл дұрыс емес. Иә, шынында да, қара құрдым - бұл бәрі максималды қысылған ерекшелік аймағы. Бірақ бұл барлық планеталар мен жұлдыздарды сорып алатын «ғарыштық шаңсорғыш» емес. Оқиға горизонтында тұрған кез келген материалдық объект кеңістік пен уақыттың қатты бұрмалануын байқайды (әзірше бұл бірліктер бөлек тұрады). Евклидтік геометрия жүйесі бұзыла бастайды, басқаша айтқанда, олар қиылыса бастайды, ал стереометриялық фигуралардың контурлары енді таныс болмайды. Уақытқа келетін болсақ, ол бірте-бірте баяулайды. Тесікке жақындаған сайын сағат Жер уақытына қатысты баяу жүреді, бірақ сіз оны байқамайсыз. Құрт тесігіне құлаған кезде дене нөлдік жылдамдықпен түседі, бірақ бұл бірлік шексіздікке тең болады. қисықтық, ол шексізді нөлге теңестіреді, ақырында сингулярлық аймағында уақытты тоқтатады.
Шығарылатын жарыққа реакция
Ғарыштағы жарықты тартатын жалғыз нысан – қара құрдым. Оның ішінде не бар, қандай пішінде екені белгісіз, бірақ бұл елестету мүмкін емес тас қараңғылық деп есептеледі. Жарық кванттары, оған жету, жай ғана жоғалып кетпейді. Олардың массасы сингулярлық массаға көбейтіледі, бұл оны одан да үлкейтеді және оны үлкейтеді. Осылайша, құрттың ішінде айналаға қарау үшін фонарьды қоссаңыз, ол жанбайды. Шығарылатын кванттар үнемі саңылау массасына көбейеді, ал сіз, шамамен айтқанда, жағдайыңызды нашарлатасыз.
Әр қадамда қара тесіктер
Біз қазірдің өзінде түсінгеніміздей, пайда болу негізі - тартылыс күші, оның шамасы Жердегіден миллиондаған есе үлкен. Дүниеге қара дыры дегеннің нақты идеясын Карл Шварцшильд берді, ол шын мәнінде оқиғаның көкжиегі мен қайтып келмейтін нүктесін ашты, сонымен қатар ерекшелік күйіндегі нөл тең екенін анықтады. шексіздік. Оның пікірінше, қара құрдым ғарыштың кез келген нүктесінде пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда сфералық пішіні бар белгілі бір материалдық объект гравитациялық радиусқа жетуі керек. Мысалы, қара құрдымға айналу үшін планетамыздың массасы бір бұршақ көлеміне сәйкес келуі керек. Ал Күннің диаметрі оның массасымен 5 километр болуы керек - сонда оның күйі ерекше болады.
Жаңа әлемді қалыптастыру көкжиегі
Физика мен геометрия заңдары жерде де, жерде де тамаша жұмыс істейді ғарыш кеңістігі, онда кеңістік вакуумға жақындайды. Бірақ олар оқиға көкжиегінде өз маңызын толығымен жоғалтады. Міне, сондықтан математикалық тұрғыдан қара құрдымның ішінде не бар екенін есептеу мүмкін емес. Егер сіз ғарышты біздің әлем туралы идеяларымызға сәйкес иілсеңіз, сіз ойлап таба алатын суреттер шындықтан алыс шығар. Мұнда уақыт кеңістіктік бірлікке және, ең алдымен, айналатыны ғана анықталды бар өлшемдертағы біразы қосылады. Бұл қара құрдымның ішінде (фотосурет, сіз білетіндей, мұны көрсетпейді, өйткені жарық өзін жейді) мүлдем басқа әлемдер пайда болады деп сенуге мүмкіндік береді. Бұл ғаламдар ғалымдарға белгісіз антиматериядан тұруы мүмкін. Қайтарусыз сфера басқа әлемге немесе біздің Ғаламның басқа нүктелеріне апаратын жай ғана портал деген нұсқалар бар.
Туу және өлім
Қара құрдымның бар болуымен салыстырғанда оның пайда болуы немесе жойылуы. Кеңістік-уақытты бұрмалайтын сфера, біз бұрыннан белгілі болғандай, күйреу нәтижесінде пайда болады. Бұл үлкен жұлдыздың жарылуы, ғарышта екі немесе одан да көп денелердің соқтығысуы және т.б. Бірақ теориялық тұрғыдан қозғауға болатын материя қалайша уақыттың бұрмалану аймағына айналды? Пазл орындалып жатқан жұмыс. Бірақ одан кейін екінші сұрақ туындайды - неге мұндай қайтарымсыз салалар жойылады? Ал егер қара тесіктер буланып кетсе, онда неге бұл жарық және олар сіңірген барлық ғарыштық заттар олардан шықпайды? Ерекшелік аймағындағы материя кеңейе бастағанда, ауырлық бірте-бірте азаяды. Нәтижесінде қара құрдым жай ериді, ал кәдімгі вакуумды ғарыш кеңістігі өз орнында қалады. Бұдан тағы бір жұмбақ туындайды - оған енгеннің бәрі қайда кетті?
Гравитация біздің бақытты болашақтың кілті ме?
Зерттеушілер адамзаттың энергетикалық болашағын қара құрдым қалыптастыруға болатынына сенімді. Бұл жүйенің ішінде не бар екені әлі белгісіз, бірақ оқиға көкжиегінде кез келген материя энергияға айналатыны анықталды, бірақ, әрине, ішінара. Мысалы, қайтып келмейтін нүктеге жақындаған адам энергияға өңдеу үшін өз материясының 10 пайызынан бас тартады. Бұл көрсеткіш астрономдар арасында сенсация болды. Өйткені, Жерде заттың тек 0,7 пайызы ғана энергияға айналады.
10 сәуірде Event Horizon Telescope жобасының астрофизиктер тобы қара құрдымның алғашқы суретін жариялады. Бұл алып, бірақ көрінбейтін ғарыштық нысандар әлі күнге дейін біздің Ғаламдағы ең жұмбақ және қызықты нәрселердің бірі болып қала береді.
Төменде оқыңыз
Қара тесік дегеніміз не?
Қара құрдым – тартылыс күші соншалықты күшті, ол барлық белгілі объектілерді, соның ішінде жарық жылдамдығымен қозғалатындарды тартатын объект (кеңістік-уақыттағы аймақ). Жарық квантының өзі де бұл аймақтан шыға алмайды, сондықтан қара құрдым көрінбейді. Қара құрдым айналасындағы кеңістіктің электромагниттік толқындарын, сәулеленуін және бұрмалануын ғана байқауға болады. Event Horizon Telescope жариялаған қара құрдымның оқиға көкжиегі – аккрециялық дискімен қоршалған, өте күшті гравитацияға ие аймақтың шекарасы – тесік «сорып алған» жарқырайтын зат бейнеленген.
«Қара тесік» термині 20 ғасырдың ортасында пайда болды, оны американдық физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер енгізді. Ол бұл терминді алғаш рет қолданған ғылыми конференция 1967 жылы.
Алайда, массасы сонша, тіпті жарық олардың тартылу күшін жеңе алмайтын объектілердің болуы туралы болжамдар 18 ғасырда алға қойылған. Қара тесіктердің қазіргі теориясы жалпы салыстырмалылық теориясының шеңберінде қалыптаса бастады. Бір қызығы, Альберт Эйнштейннің өзі қара тесіктердің бар екеніне сенбеген.
Қара тесіктер қайдан пайда болады?
Ғалымдар қара тесіктердің шығу тегі әртүрлі деп санайды. Өмірінің соңында массивтік жұлдыздар қара тесіктерге айналады: миллиардтаған жылдар бойы олардың газдарының құрамы мен температурасы өзгереді, бұл жұлдыздың ауырлық күші мен ыстық газдардың қысымы арасындағы теңгерімсіздікке әкеледі. Содан кейін жұлдыз құлайды: оның көлемі азаяды, бірақ массасы өзгермейтіндіктен, оның тығыздығы артады. Әдеттегі жұлдызды-массалық қара құрдымның радиусы 30 километр және заттың тығыздығы текше сантиметрге 200 миллион тоннадан асады. Салыстыру үшін: Жер қара құрдымға айналуы үшін оның радиусы 9 миллиметр болуы керек.
Қара дырдың тағы бір түрі бар: галактикалардың көпшілігінің өзегін құрайтын аса массивті қара тесіктер. Олардың массасы жұлдыздық қара тесіктердің массасынан миллиард есе артық. Өте үлкен қара тесіктердің шығу тегі белгісіз, бірақ олар бір кездері басқа жұлдыздарды тұтыну арқылы өскен жұлдызды-массалық қара тесіктер болған деген болжам бар.
Әлемнің басында кез келген массаның қысылуынан пайда болуы мүмкін алғашқы қара тесіктердің болуы туралы даулы идея да бар. Сонымен қатар, массасы массаға жақын өте кішкентай қара тесіктер деген болжам бар элементар бөлшектер, Үлкен адрон коллайдерінде түзіледі. Дегенмен, бұл нұсқаны растау әлі жоқ.
Қара тесік біздің галактиканы жұтады ма?
Құс жолы галактикасының орталығында Sagittarius A* қара дыры бар. Оның массасы Күннен төрт миллион есе үлкен, ал көлемі 25 миллион километр шамамен 18 күннің диаметріне тең. Мұндай таразылар кейбіреулерді таң қалдырады: қара тесік бүкіл галактикаға қауіп төндіруі мүмкін бе? Мұндай болжамдарға тек ғылыми фантаст жазушылар ғана емес: ғалымдар бірнеше жыл бұрын планетамыздан 12,5 миллиард жарық жыл қашықтықта орналасқан W22460526 галактикасы туралы хабарлады. Астрономдардың сипаттамасына сәйкес, W22460526 орталығында орналасқан супермассивті қара құрдым оны бірте-бірте жарып жібереді және осы процестің нәтижесінде пайда болатын сәулелену барлық бағыттағы ыстық алып газ бұлттарын жеделдетеді. Қара тесікпен жарылған галактика 300 триллион күннен артық жарқырайды.
Дегенмен, біздің үй галактикамызға мұндай ештеңе қауіп төндірмейді (кем дегенде қысқа мерзімде). Көптеген нысандар Құс жолы, соның ішінде күн жүйесі, оның тартылуын сезіну үшін қара тесіктен тым алыс. Сонымен қатар, «біздің» қара тесік шаңсорғыш сияқты барлық материалды сормайды, тек планеталар үшін Күн сияқты айналасындағы орбитадағы жұлдыздар тобы үшін гравитациялық якорь ретінде әрекет етеді.
Дегенмен, біз қара құрдымның оқиға көкжиегінен асып түссек те, біз оны байқамаймыз да.
Егер сіз қара тесікке «құлап кетсеңіз» не болады?
Қара дырыға тартылған нысан ол жерден қайтып оралмауы мүмкін. Қара құрдымның ауырлығын жеңу үшін жарық жылдамдығынан жоғары жылдамдықтарға жету керек, бірақ адамзат мұны қалай жасауға болатынын әлі білмейді.
Қара құрдымның айналасындағы гравитациялық өріс өте күшті және біртекті емес, сондықтан оның жанындағы барлық нысандар пішіні мен құрылымын өзгертеді. Нысанның оқиға көкжиегіне жақынырақ жағы үлкен күшпен тартылып, үлкен үдеумен түседі, сондықтан бүкіл нысан созылып, спагетти тәрізді болады. Бұл құбылыс оның кітабында сипатталған « Қысқа оқиғауақыт» атақты физик-теоретик Стивен Хокингтің. Тіпті Хокингке дейін астрофизиктер бұл құбылысты спагеттификация деп атаған.
Егер сіз спагеттификацияны алдымен қара тесікке дейін ұшатын астронавт тұрғысынан сипаттасаңыз, гравитациялық өріс оның аяғын тартып алады, содан кейін оның денесін созып, жыртып, оны субатомдық бөлшектердің ағынына айналдырады.
Сыртынан қара құрдымға түскенді көру мүмкін емес, өйткені ол жарықты сіңіреді. Сырттан келген бақылаушы қара құрдымға жақындап келе жатқан нысанның бірте-бірте баяулап, содан кейін мүлдем тоқтағанын ғана көреді. Осыдан кейін нысанның сұлбасы барған сайын бұлыңғыр болады, қызылға айналады және ақырында мәңгілікке жоғалады.
Стивен Хокингтің айтуынша, қара құрдымға тартылған барлық нысандар оқиға горизонтында қалады. Салыстырмалылық теориясынан мынандай қорытынды шығады: қара тесіктің жанында уақыт ол тоқтағанша баяулайды, сондықтан құлаған адам үшін қара тесікке құлау ешқашан болмауы мүмкін.
Ішінде не бар?
Белгілі себептерге байланысты қазіргі уақытта бұл сұраққа сенімді жауап жоқ. Дегенмен, ғалымдар қара құрдым ішінде бізге таныс физика заңдары енді қолданылмайтынымен келіседі. Ең қызықты және экзотикалық гипотезалардың біріне сәйкес, қара құрдым айналасындағы кеңістік-уақыт континуумы соншалықты бұрмаланғаны сонша, шындықтың өзінде тесік пайда болады, ол басқа ғаламға портал немесе құрт саңылауы деп аталады.
Қара тесіктер: Әлемнің ең жұмбақ нысандары
