Блацк Холес: Чињенице, теорија и дефиниција


Црне рупе су неки од најчуднијих и најфасцинантнијих објеката у свемиру. Изузетно су густе, са тако јаком гравитационом привлачношћу да чак и светлост не може да избегне њихово хватање ако дође довољно близу.

Алберт Ајнштајн је први пут предвидио постојање црних рупа 1916. године, са својом општом теоријом релативности. Термин "црна рупа" скован је много година касније, 1967. године, од стране америчког астронома Јохна Вхеелер-а. Након што су деценије црних рупа познате само као теоретски објекти, прва физичка црна рупа која је икада откривена уочена је 1971. године.

Затим, 2019. године сарадња Евент Хоризон Телесцопе (ЕХТ) објавио прву слику икада снимљену у црној рупи. ЕХТ је угледао црну рупу у центру галаксије М87 док је телескоп испитивао хоризонт догађаја или подручје које је прошло од чега се ништа не може извући из црне рупе. Слика мапира нагли губитак фотона (честица свјетлости). Она такође отвара потпуно ново подручје истраживања у црним рупама, сада када астрономи знају како изгледа црна рупа.

До сада су астрономи идентификовали три типа црних рупа: звјездане црне рупе, супермасивне црне рупе и средње црне рупе.

Звјездане црне рупе – мале али смртоносне

Када звезда изгори кроз последње гориво, објекат се може срушити или пасти у себе. За мање звијезде (оне до око три пута веће од сунчеве масе), ново језгро ће постати неутронска звијезда или бијели патуљак. Али када се већа звијезда сруши, она наставља да се компримира и ствара звјездану црну рупу.

Црне рупе формиране колапсом појединих звезда су релативно мале, али невероватно густе. Један од ових објеката пакује више од три пута већу масу Сунца у пречник града. То доводи до луде количине гравитационе силе која повлачи предмете око објекта. Звјездане црне рупе конзумирају прашину и плин из околних галаксија, што их одржава у величини.

Према Харвард-Смитхсониан центру за астрофизику, "Млечни пут садржи неколико стотина милиона" звјезданих црних рупа.

Супермасивне црне рупе – рођење дивова

Мале црне рупе насељавају свемир, али њихови рођаци, супермасивне црне рупе, доминирају. Ове огромне црне рупе су милиони или чак милијарде пута масивније од сунца, али су отприлике исте величине у пречнику. Сматра се да такве црне рупе леже у центру скоро сваке галаксије, укључујући и Млечни пут.

Научници нису сигурни како ће се појавити тако велике црне рупе. Једном када се ови дивови формирају, они скупљају масу од прашине и гаса око њих, материјала који је богат у центру галаксија, што им омогућава да нарасте до још већих величина.

Супермасивне црне рупе могу бити резултат стотина или хиљада малих црних рупа које се спајају. Велики гасни облаци такође могу бити одговорни, скупљају се заједно и брзо се повећавају. Трећа опција је колапс звезданог јата, група звезда које падају заједно. Четврто, могу се појавити супермасивне црне рупе велике групе тамне материје. То је супстанца коју можемо посматрати кроз њено гравитационо дејство на друге објекте; међутим, не знамо од чега се састоји тамна материја јер не емитује светлост и не може се директно посматрати.

Илустрација младе црне рупе, као што су два удаљена квазара без прашине који су недавно уочени од стране Спитзер свемирског телескопа. Више фотографија црних рупа у свемиру

(Имаге кредит: НАСА / ЈПЛ-Цалтецх)

Научници су некада сматрали да су црне рупе дошле само у малим и великим величинама, али недавна истраживања су открила могућност да средње или средње, црне рупе (ИМБХс) могу постојати. Таква тела могу да се формирају када се звезде у групи сударају у ланчаној реакцији. Неколико од ових ИМБХ-а који се формирају у истом региону могли би онда на крају пасти заједно у центру галаксије и створити супермасивну црну рупу.

2014. године астрономи су пронашли оно што се чинило црном рупом средње масе у руци спиралне галаксије.

"Астрономи су веома тешко тражили ове црне рупе средње величине", наводи се у саопштењу коаутора студије Тим Робертса са Универзитета у Дурхаму у Уједињеном Краљевству. "Било је назнака да они постоје, али ИМБХ су се понашали као давно изгубљени рођак који није заинтересиран за проналажење."

Новија истраживања, од 2018. године, сугеришу да ове ИМБХ-е могу постојати у срцу патуљасте галаксије (или врло мале галаксије). Опсервације 10 таквих галаксија (од којих су пет биле непознате науци пре овог последњег истраживања) откриле су рендгенску активност – уобичајену у црним рупама – што указује на присуство црних рупа од 36.000 до 316.000 соларних маса. Информације су стигле из Слоан Дигитал Ски Сурвеикоји испитује око 1 милион галаксија и може детектовати врсту светлости која се често јавља из црних рупа које скупљају оближње остатке.

Како изгледају црне рупе?

Црне рупе су чудна подручја у којима је гравитација довољно јака да савија светлост, искривљује простор и искривљује вријеме. Погледајте како црне рупе раде у овој СПАЦЕ.цом инфографији.

(Слика: Карл Тате, сарадник за СПАЦЕ.цом)

Црне рупе имају три "слоја": спољашњи и унутрашњи хоризонт догађаја и сингуларност.

Хоризонт догадјаја црне рупе је граница око уста црне рупе, поред које светлост не може да побегне. Када честица пређе хоризонт догађаја, она не може отићи. Гравитација је константна преко хоризонта догађаја.

Унутрашњи регион црне рупе, где лежи маса објекта, познат је као њена сингуларност, јединствена тачка у простору-времену где је концентрисана маса црне рупе.

Научници не виде црне рупе на начин на који могу да виде звезде и друге објекте у простору. Уместо тога, астрономи се морају ослонити на откривање зрачења које црне рупе емитују док се прашина и гас увлаче у густа створења. Али супермасивне црне рупе, које леже у центру галаксије, могу постати омотане дебелом прашином и гасом око њих, што може блокирати издајничке емисије.

Понекад, како се материја повлачи према црној рупи, она се одбија од хоризонта догађаја и баца се ван, уместо да буде увучена у ждријело. Стварају се светли млазови материјала који се крећу скоро у релативистичким брзинама. Иако црна рупа остаје невидљива, ови моћни млазови могу се посматрати са велике удаљености.

Тхе Слика Хоризон Телесцопе на црној рупи у М87 (објављен 2019.) био је изузетан напор, који је захтијевао двије године истраживања чак и након што су слике снимљене. То је зато што сарадња телескопа, која се протеже кроз многе опсерваторије широм света, производи запањујућу количину података која је превелика за пренос путем интернета.

С временом, истраживачи очекују да прикажу друге црне рупе и изграде спремиште како објекти изгледају. Следећа мета је вероватно Стрелац А *, што је црна рупа у центру наше галаксије Млечни пут. Стрелац А * је интригантан јер је тиши од очекиваног, што може бити и због магнетна поља која гуше његову активност, наводи се у истраживању из 2019. године. Друга студија те године је показала да хладни гасни хало окружује Стријелца А *, што даје невидјени увид у то како изгледа околина око црне рупе.

Телескоп Евент Хоризон, планетарни низ од осам земаљских радио телескопа који су ковани кроз међународну сарадњу, ухватили су ову слику супермасивне црне рупе у центру галаксије М87 и њене сјене.

Телескоп Евент Хоризон, планетарни низ од осам земаљских радио телескопа који су ковани кроз међународну сарадњу, ухватили су ову слику супермасивне црне рупе у центру галаксије М87 и њене сјене.

(Кредит за слике: ЕХТ Цоллаборатион)

Светли бинарне црне рупе

У 2015. години, астрономи који су користили ласерски интерферометријски опсерваториј гравитационих таласа (ЛИГО) открили су гравитационе таласе од спајања звјезданих црних рупа.

"Имамо још једну потврду постојања црних рупа у звезданој маси које су веће од 20 соларних маса – то су објекти за које нисмо знали да постоје пре него што их је ЛИГО открио", рекао је Давид Схоемакер, гласноговорник ЛИГО Сциентифиц Цоллаборатион (ЛСЦ). , Наводи се у саопштењу. ЛИГО-ова запажања такође пружају увид у правцу окретања црне рупе. Док се двије црне рупе спирале једна око друге, оне се могу окретати у истом смјеру или у супротном смјеру.

Постоје две теорије о томе како се формирају бинарне црне рупе. Прва сугерише да су двије црне рупе у бинарном облику отприлике у исто вријеме, од двије звијезде које су се родиле заједно и умрле експлозивно отприлике у исто вријеме. Пратеће звезде би имале исту оријентациону оријентацију као и једна друге, тако да би и две црне рупе остављене иза себе.

У другом моделу, црне рупе у звезданој групи падају у центар грозда и упарују се. Ови другови би имали случајне спинске оријентације у поређењу једни с другима. ЛИГО-ева запажања црних рупа са различитим спиновским оријентацијама дају јачи доказ за ову теорију формације.

"Почињемо да прикупљамо праве статистике о бинарним системима црних рупа", каже научница ЛИГО Кеита Кавабе из Калтеха, која се налази у опсерваторији ЛИГО Ханфорд. "То је интересантно зато што су неки модели бинарних формација црне рупе донекле фаворизовани над другима чак и сада, а убудуће то можемо даље сузити."

Чудне чињенице о црним рупама

  • Ако паднеш у црну рупу, теорија је одавно сугерирала да ће те гравитација истезати као шпагете, иако ће твоја смрт доћи прије него што стигнеш до сингуларности. Али студија из 2012. године објављена у часопису Натуре сугерише да би квантни ефекти могли да доведу до тога да хоризонт догађаја буде сличан зиду ватре, који би вас одмах спалио до смрти.
  • Црне рупе не сишу. Усисавање је узроковано повлачењем нечега у вакуум, што масивна црна рупа дефинитивно није. Уместо тога, објекти падају у њих баш као што падају на све што изазива гравитацију, попут Земље.
  • Први објекат који се сматра црном рупом је Цигнус Кс-1. Цигнус Кс-1 био је предмет пријатељске опкладе из 1974. године између Степхена Хавкинга и колеге физичара Кипа Тхорнеа, са Хавкинговим клађењем да извор није црна рупа. Године 1990. Хавкинг је признао пораз.
  • Минијатурне црне рупе можда су настале одмах након Великог праска. Простор који се брзо шири можда је неке регије стиснуо у ситне, густе црне рупе мање масивне од сунца.
  • Ако звезда прође преблизу црној рупи, звезда се може растргати.
  • Астрономи процењују да Млечни пут има негде од 10 до 1 милијарде звезданих црних рупа, са масама отприлике три пута већим од Сунца.
  • Црне рупе остају страшна храна за научно-фантастичне књиге и филмове. Погледајте филм "Интерстеллар", који се ослањао на Тхорнеа да укључи науку. Тхорнеов рад са тимом специјалних ефеката филма довео је до тога да научници боље разумију како се далеке звезде могу појавити када се виде близу црне рупе која се брзо врти.

Додатна средства:

Овај чланак је ажуриран 11. јула 2019. године од стране Спаце.цом Цонтрибутор Елизабетх Ховелл.