Какво представляват черните дупки?

Кръгла обвивка от жълто-червена светлина, обграждаща черна сфера.

Първото по рода си директно изображение на черна дупка, публикувано от учени през април 2019 г. Изображението показва ярък пръстен, образуван при огъване на светлината в силната гравитация около тази черна дупка, която е 6,5 милиарда пъти по-масивна от нашето слънце. Тази черна дупка се намира в центъра на галактиката M87, на 55 милиона светлинни години от Земята. Изображение чрезСътрудничество на хоризонтален телескоп на събитието.


Черната дупка е област от пространството с гравитационно поле, толкова силно, че нищо, дори светлината, не може да избяга от нея. Ето защо черните дупки изглеждат черни. В някои случаи черните дупки са бивши масивни звезди, които са смачкани до изключителна плътност по време на експлозии на свръхнови. В други случаи черните дупки съдържат маса от милиони или милиарди звезди.

Хората често се питат, ако черните дупки са черни - ако светлината не може да избяга от тях - как можем да ги видим? Отговорът е, че виждаме ефектите, които черните дупки оказват върху пространството около себе си.


В своята обща теория на относителността, публикувана през 1915 г.,Алберт Айнщайнбеше първият, който предполага, че нашата вселена съдържа такива странни, плътни, масивни обекти. Черните дупки възникват от уравненията на Айнщайн за обща теория на относителността, като естествена последица от смъртта и колапса на масивни звезди. Първият човек, който формулира математически черните дупки, е немски математикКарл Шварцшилдпрез 1916 г. Физик -теоретикДжон Уилърза първи път измисли иметоЧерна дупкамного години по -късно, през 1967 г.

До 70 -те години на миналия век черните дупки обикновено се смятаха само за математически любопитства. Но с усъвършенстването на наблюдателните техники те започнаха да се приемат сериозно като реални обекти. Първата открита физическа черна дупка -Cygnux X-1- беше потвърдено през 1971 г.

Налични са лунни календари за ForVM 2020! Почти изчезна. Поръчай сега!

Вещество на голяма синя звезда, насочващо се към оранжев акреционен диск, обграждащ черна дупка.

Концепцията на художника за много типичен модел за черна дупка със звездна маса в двоична звездна система. Гравитационно се изсмуква материал от синя свръхгигантска променлива звезда-в случая звездата HDE 226868-върху известната черна дупка, известна като Cygnus X-1. Взаимодействието между звезда и черна дупка в двоична система прави видимите черни дупки със звездна маса. Изображение чрез ESA/Уикимедия Commons.




Черните дупки са два основни типа. Първият е т.нарзвездна масаЧерна дупка. Това са останките от огромни звезди. Когато в края на живота си звезда с повече от около пет пъти масата на нашето слънце избухва като асвръхнова, ядрото му внезапно и силно се компресира под гравитацията. В зависимост от масата на звездата, колапсът може да спре и да образува анеутронна звезда, но ако масата му е достатъчна, срутването на ядрото - на теория - ще продължи, образувайки черна дупка. Черните дупки със звездна маса имат маса, варираща от минимум около пет пъти масата на нашето слънце до около 60 пъти масата на слънцето. Диаметърът им обикновено е между 10 и 30 мили.

Вторият вид черна дупка есвръхмасивенЧерна дупка. Те могат да имат маси много милиарди пъти по -големи от това на нашето слънце. Един пример е в центъра наквазарпознат катоТОН 618; централната черна дупка е приблизително 66 милиарда слънчеви маси. Тъй като те просто имат твърде много маса, за да се образуват от смъртта на отделни звезди, се смята, че свръхмасивни черни дупки са се образували в ранната история на Вселената от огромни срутващи се облаци от междузвезден водород, въпреки че техният точен произход е неясен и е област на много активни изследвания. Възможно е също така те да са натрупали допълнителна маса през еоните от сливания с други черни дупки.

Свръхмасивните черни дупки могат да имат диаметри по -големи от тези на нашата Слънчева система. Повечето галактики имат свръхмасивна черна дупка в центровете си: тази в центъра на нашата галактика Млечен път,Стрелец А*, има около 4 милиона пъти масата на нашето слънце и е с диаметър около 37 милиона мили.

Плосък светещ вихър с оранжева поничка около него и дълга бяла струя, простираща се от центъра му.

Концепцията на художника, показваща околностите на свръхмасивна черна дупка, типична за тази, открита в сърцето на много галактики. Самата черна дупка е заобиколена от блестящ акреционен диск от много горещ, падащ материал и, по -нататък, прашен тор. Често има и високоскоростни струи от материал, изхвърлени в полюсите на черната дупка, които могат да разширят огромни разстояния в космоса. Изображение чрез ESO/Уикимедия Commons.


Какво има вътре в черна дупка? По дефиниция не можем да наблюдаваме какво има вътре, защото никаква светлина - никаква информация - не може да избяга от черна дупка. Но астрофизичните теории предполагат, че в основата на черна дупка цялата маса на черната дупка е концентрирана в малка точка с безкрайна плътност. Тази точка е известна като aособеност.

Именно тази точка - тази особеност - генерира невероятно силното гравитационно поле на черната дупка. Помислете обаче, че сингулярността може да не съществува. Това е така, защото цялата известна физика се разпада при екстремни условия в центъра на черна дупка, къдетоквантови ефектинесъмнено играе голяма роля. Тъй като все още не притежаваме aквантова теория на гравитацията, невъзможно е да се опише какво всъщност съществува в основата на черна дупка.

Междувременно има нещо, за което сме сигурни, че съществува: границата на черна дупка, известна като нейнатахоризонт на събитията. Това не е физическо предимство. Това е просто точка в пространството, отвъд която е невъзможно да се избяга от гравитацията на черната дупка. След като всичко, попаднало в черната дупка, премине хоризонта на събитията, тя никога повече не може да напусне черната дупка и се привлича неумолимо и неизбежно към центъра на черната дупка. В хоризонта на събитията всеки твърд обект се разкъсва от жестоката гравитация и се свежда до съставляващите го субатомни частици. На хоризонта на събитията,бягство скоростна черната дупка достига скоростта на светлината.

Тъй като черните дупки не излъчват светлина или друго откриваемо излъчване, те могат да бъдат наблюдавани само чрез гравитационното им въздействие върху обекти в близкото до тях пространство. Ако в близост до черната дупка има звезди или газ, тя може активно да се „храни“ с тях; тоест материал от тези близки обекти може да бъде изтеглен в дупката. В този случай черна дупка ще притежаваакреционен диск, където материалът се спира навътре, преди да се консумира, като вода в канализацията. Акреционният диск може да се върти със значителни проценти от скоростта на светлината: триенето между сблъскващите се частици в диска повишава температурата му до милиони градуси, излъчвайки огромни количества рентгенови лъчи, които могат да бъдат открити със специални телескопи.


През април 2019 г.Хоризонтски телескоп на събитиетопроектът разкри първото по рода си директно изображение на черна дупка, свръхмасивната черна дупка в центъра на гигантската елиптична галактика M87. Изображението е получено с помощта на глобален набор от радиотелескопи. Освен че демонстрира извън разумното съмнение съществуването на черни дупки, това невероятно постижение представлява раждането на нов клон на наблюдателната астрономия и позволи моделите на поведение на черните дупки от Общата теория на относителността да бъдат тествани директно. Черната дупка M87 отговаря перфектно на тези модели.

Жълтеникаво петно ​​светлина, от което се излъчва дълга синкава струя.

Изображение на космическия телескоп Хъбъл на струя, задвижвана от черна дупка, от центъра на галактиката M87. Тази струя се излъчва от същата черна дупка, чието директно изображение се намира в горната част на тази публикация. Струята се състои от електрони и други субатомни частици, пътуващи с почти скоростта на светлината. На това изображение синята струя контрастира с жълтото сияние от комбинираната светлина на милиарди невиждани звезди и жълтите точковидни струпвания от звезди, които съставляват тази галактика. Изображение чрез екипа на Hubble Heritage (STScI/ AURA)/ NASA/ ESA/SpaceTelescope.org.

В крайна сметка: Черната дупка е област от пространството с гравитационно поле, толкова силно, че нищо, дори светлината, не може да избяга от него. Намерете основна информация за черните дупки тук.