Всичко за косатките
Всички за лъвовете
Всичко за леопарда
Всичко за гепарда
Всичко за сибирския тигър
Всичко за бенгалския тигър
Всичко за индокитайския тигър
Всичко за суматрийския тигър
Всичко за Южнокитайски Тигър
Изчезнали Видове Тигри
Хиеново Куче
История на Хиените
Site Map
Показват се публикациите с етикет хищници. Показване на всички публикации
Показват се публикациите с етикет хищници. Показване на всички публикации
Свръхмасивни черни дупки в Космоса
През март 2000 година, двама астрономи направили необикновенно откритие.Откритие което щяло да преобърне представата ни, за това, как е създадена Вселената.
Тези времена в астрономията повече няма да се повторят.Въздухът е пробит от нови открития и идеи.Това което открили била проста взаимовръзка, между нашата галактика и най-разрушителната сила във Вселената.Свръхмасивна черна дупка.Това озарило света на космологията.През 1999г. хората не бяха много ентосиазирани относно свръхмасивните черни дупки.Обикновенният астроном не се интересуваше много от тях.Сега вече е по-добре да го направят!
Крайната цел на космологията е да обясни, как се е родила Вселената.Един от най-важните въпроси е, как са се образували галактиките, защото ако ги нямаше тях, ние нямаше да съществуваме.
Почти всички звезди са разположени в галактики, и може би точно там са създадени всички звезди във Вселената.Звездите пък от своя страна са източник на кислороди, въглерод, на планети - всичко необходимо за зараждането на живот, а без живот няма да има и астрономи :D.
Това което виждаме от нашата галактика - Млечния път, е ивица звезди в нощното небе.Всъщност, тя представлява гигантски въртящ се диск, с диаметър 200 000 светлинни години.Тя се състой от 200 милярда звезди, подобни на нашето Сленце, бавно въртящи се около центъра й.Нашата галактика е само една от 125-те милярд галактики, различни по форма и размери, носещи се из Космоса.Все още учените не са дали обяснение по какъв начин се е образувала дори една от тях.Образуването на една галактика е много сложен процес.Необходимо е да има гравитация, нужни са голели газови облаци, които да се сблъскват, динамиката на звездите, химичния състаф на сблъскващите се газове.Знаем само, че когато Вселената е била още млада, е нямало звезди и галактики, а само вихрушка от въглеродни газове.Загадката е, как всеки отделен облак се е превърнал в галактика, такива каквито ги виждаме днес.Просто не знаем, как се е случило, как са се образували галактиките от йонизирания горещ газ, който изпълнил Вселената.Процес, който все още не ни е ясен.Как точно са се образували галактиките е въпрос, тревожеш най-големите астрономи по света от десетилетия.Но през март 2000 г., учените открили доказателство, водещо към необичаен отговор." Нюкър " е екип от световноизвестни астрономи, които не са спецялисти ж областта на галактиките.Те са експерти в областта на най-разрушителната сила, известна на науката - Свръхмасивните черни дупки.До скоро, свръхмасивните черни дупки бяха само една теория.Това са гигантски черни дупки с апокалиптични размери.Свръхмасивните черни дупки са милиони, дори милярди пъти по масижни от стандартните черни дупки.Една такава дупка би била с размерите на слънчевата система.
Свръхмасивната черна дупка е една гравитационна лудница.Обект с неимоверна плътност и неуловимо гравитационно привличане.Нищо не може да и се изплъзне, дори светлината.Всичко в близост - газове, звезди и цели планетни системи биват засмукани и отиват в нищото.Те дори унищожават тъканта от която е изградена Вселената.Ако си представите Вселената, като пространствено-времева мрежа, гравитацията на обикновенните звезди и плането образуват вдлъбнатини в нея, но огромната гравитация на свръхмасивните черни дупки е толкова разрушителна, че изкривява времето и пространството до критична точка.В центара на супермасивните черни дупки, се намира едно от най-странните неща във физиката - сингулярността.Точка, в която пространство, време и всички физични закони се разпадат.Това, което става в центръра на сингулярността е пълна загадка, а разрешаването й, изисква откриването на нови физични закони, с които в момента не разполагаме.Някои смятат, че ако попаднеш в сингулярността, ще се появиш в друга част от Вселената.Някои от теориите за сингулярността са много, много крайни.Истината е, че просто не знаем.Супермасивните черни дупки са толкова странни, че доскоро много учени се съмнявали в тяхното съществуване.Те били една крайна идея, чрез която се надявали да обяснят един много рядък и дълечен вид галактики - активните галактики.Това са едни от най-светлите обекти във Вселената.Тези галактики имат светещо ядро, от чийто център бликат огромни струи от енергия.Бушуващ източник на нагорещен, светещ газ се нарича квазар.Учените предполагат, че причината за този врящ котел може да се крие, в наличието на свръхмасивна черна дупка, засмукваща газ и звезди, буквално " хранеща се " с центъра на галактиката.Схващането е, че ярките квазари, които виждаме не са черните дупки, не са свръхмасивни черни дупки, а е газ, който е на път да бъде всмукан от свръхмасивната черна дупка, газът, който я заобикаля, светещ много ярко, точно преди да изчезне в черната дупка.Гигантската черна дупка би трябвало да има толкова голяма гравитация, че газовете и звездите около нея би трябвало, да се движат с почти светлинна скорост.Чудовищните сили биха нагрели газовете до над 1 мнл.градуса.Газът започва да се трие до такава степен, и се нагрява толкова много, че започва да свети много ярко.Въпреки, че квазарът свети много ярко, е невъзможно да се види, дали има черна дупка в центъра му.Парадоксалното е, че черната дупка не се вижда поради факта, че тя поглъща светлината.Дълги години никой неможел да каже със сигорност дали съществуват свръхмасивни черни дупки, в центъра на тези загадъчни галактики.Научният екип две десетилетия се опитвал да открие едно от тези неуловими чудовища.Първия проблем, с който се сблъскали, бил да докажат, че свръхмасивните черни дупки наистина съществуват.Това, което щели да открият е по-странно, от колкото повечето хора можели да си представят.Един от първите в екипа, в опитите си да го открие, бил Алан Дреслер.
През 1983 г. той отишъл при телескопа Паломар в Калифорния, убеден че е намерил начин да докаже, че свръхмасивните черни дупки същестуват.Черната дупка е невидима, за това и се нарича така.Това което трябва да се търси е наличието на гравитационна сила, която придърпва звездите, преминаващи близо до нея.Дреслер знаел, че независимо от факта, че е невидима, нейната огромна гравитация би причинила завихряне на звездите около нея със скорост 500 000 км/ч.Чрез определяне на скоростта на тези звезди, той можел да докаже, дали наистина има черна дупка в центъра на всяка активна галактика.Избрал си близко до нас галактика, наречена NGC1068, активна галактика, с вероятно наличие на свръхмасивна дупка в центъра й.Така поне се са надявали.За да бъде сигорен, че звездите в NGC1068 се движат необикновено бързо, Дреслер искал да ги сравни със звездите от обикновена галактика, без черна дупка в центъра й.Звезди, въртящи се около по слаб гравитационен център, биха се движили с два пъти по-малка скорост.За тази цел той избрал най-обикновена галактика, намираща се близо до нас, Андромеда - спокойна галактика, с неактивен център подобно на нашата.За да измери скоростта на звездите в тези две много различни галактики, Дреслер използва уред, наречен спектроскоп.Той следи за променящи се светлинни модели, идващи от звездите по време на въртенето им около центъра на галактиката.Центърът на галактиката излиза като бяла ивица на спектроскопа, а движението на звездите около центъра, като тъмна вертикална ивица.Ако звездите в средата на галактиката обикалят бавно, тогава не би трябвало да има изменения в тъмната ивица, ако обаче тяхната скорост е много висока, с приближаването и отдалечаването от нас от двете страни на свръхмасивната черна дупка, в тъмната ивица би трябвало да се наблюдават резки деформации при центъра на галактиката.Дреслер е очаквал да види резки изменения на тъмната ивица, свидетелстващи за големи колебания в скоростта от единия край на галактиката към другия, рязко, точно през центъра, и това ще покаже, че звездите се движат изключително бързо в центъра на галактиката, поради влиянието на огромна маса в центъра - тази на свръхмасивната черна дупка.Няколко нощи подред, Дреслер измервал скоростта на звездите в NGC1068 и Андромеда.Когато излезли резолтатие от телескопа, той видял нещо абсолютно неочаквано.Снимката от активната галактика, където се надявал да открие черна дупка, била неясна.NGC1068 била твърде отдалечена и телескопа неможал да даде ясно изображение.Изненадата дошла от Андромеда - обикновенна и тиха, съседна нам галактика.Дреслер бил удивен от факта, че е открил това, което търси, не там където го е търсил.Резолтатите показват, че звездите се движат с висока скорост и се отдалечават от нас със скорост 150 км/сек., което е 500 000 км/ч.Дреслер смятал, че само едно нещо може да е причината за тази скорост - свръхмасивна черна дупка.И не само той смятал така.Колегата му от екипа - Джон Корменди, открил абсолютно същото.В момента в който е видял деформацията, Джон веднага е разбрал, че има голяма вероятност това да е свръхмасивна черна дупка.Те открили доказателство за най-свирепата сила в природата, но тревожното било, че тя не се намирала в някоя далечна галактика.Тази свръхмасивна черна дупка се намирала в обикновенна галактика, съседна на нашата.По всичко личало, че в Андромеда има черна дупка, но тя не била квазар.Ако има свръхмасивна черна дупка, защо тя не свети ? Това предполага, че тя не всмуква нищо.Може би много от галактиките са изпаднали в летаргия, независимо от факта, че имат черна дупка.Тя не всмуква нищо, следователно не свети.Някои теоретици бяха предсказали именно същото - свръхмасивните черни дупки имат две състояния.Когато е активна, свръхмасивната черна дупка, създава огнен диск от горящ газ около себе си, а в последствие поради някаква причина спира да се " храни ", превръщайки се в смъртоносно, черно тяло, спотайващо се в центъра на галактиката.Едно такова черно, потайно чудовище било открито в съседна на нашата галактика.
Новината за това откритие обиколиа света, но много учени сметнали това за невъзможно.Те смятали, че няма достатъчно доказателства в подкрепа на такава революционна идея.Дори самият екип почнали да го налягат съмнения.Винаги ще съществува възможността това да не е черна дупка, а някаква друга плътна материя, която макар и тъмна да не е черна дупка.Един от екипа е мислем, че може да има минимален шанс да са допуснала досадна грешка и че някой след година ще напише, за да докаже какви идиоти са били и ще ги накара да се почустват адски зле.
За да убедят скептиците, те трябвало да открият и други свръхмасивни черни дупки в други галактики.За тази цел, трябвало да потърсят по-надалеч в Космоса.Те се обърнали към космическия телескоп Хабъл.От 1994г. Хабъл започнал систематически да изследва центровете на далечни галактики.В търсене на издайнически следи на звезди, обикалящи с висока скорост около свръхмасивни черни дупки.Астрономите започнали с активната галактика М87.Както се е очаквало, тя имала активна черна дупка, изстрелваща огромни потоци енергия в Космоса.Но когато търсенето се разпростряло и върху неактивните галактики, се случило нещо невероятно.Във всяка галактика, в която поглеждали, откривали свидетелства за наличието на свръхмасивна черна дупка : NGC3115, NGC3377, NGC3379, M31 и M32, открили са общо 20-30 черни дупки.Предполагало се, че свръхмасивните черни дупки били рядко срещано явление, но Хабъл ги откривал навсякъде, както поглъщащи галактиките си, така и тайно спотайващи се в тях.Скоро екипът свикнали с идеята, че накъдето и да погледнат, ще откриват черна дупка.След първите три или четири случая, са започнали да се чудят : всичко ли е черни дупки.
Далеч не били някаква аномалия и изследователите почнали да подозират, че всички галакити имали черна дупка в центъра си.Ако това се окажело вярно, щяло да направи революция в схващането за това, какво представляват галактиките.Още по-тревожно щяло да бъде, че е възможно да има свръхмасивна черна дупка спотайваща се в центъра на собствената ни галактика - Млечния път.Андреа Газ от пет години ходи на Хавайските острови, в опитите си да открие свръхмасивна черна дупка в Млечния път.
Когато започнала да се занимава с астрономия, не си е и помисляла, че в центъра на нашата галактика може да има свръхмасивна черна дупка.Тогава се е поддържала теорията, че галактиките просто се въртят около центъра си, състоящ се от газове, звезди и прах - нищо особенно.Андреа Газ използва телескоп по-мощен дори и от Хабъл - телескопа Кек, разположен на 4 267 м. надморска височина в свещенната планина Мауна Кеа.Телескопът Кек е най-големия оптичен телескоп в света.Неговото огромно огледало е с диаметър 10 метра, и се състои от 36 отделни елемента, направени от финно-шлифовано алуминизирано стъкло.Кек е невероятен телескоп.Страхотен е защото е голям.В случая въжи правилото " размера има значение ".Можеш да уловиш голямо количество фотони, виждаш много далечни обекти, забелязват се много дребни детайли.Четири пъти в годината, Газ насочва телескопа към звездите в центъра на Млечния път.Тя търски издайническите, високи скорости, които разкриват наличието на черна дупка.Центарът на Млечния път е толкова близо, а телескопът толкова мощен, че Газ може да надникне по-близо до центъра на галактиката, от когото и да било другиго преди това.В центъра на галактиката се вижда, че има по-бледи звезди, а тези звезди са изключително важни.Движението на тези звезди, разкрива наличието на черна дупка.Газ следи движението на тези звезди през последните 5 години.Ако няма черна дупка те биха се движили много бавно, но тя установила, че те обикалят със скорост от над 1 000 км/сек.Звездите, които наблюдава се намират на разстояние 2 светлинни седмици от центъра на галактиката, и фактът, че се движат със скорос 1 000 км/сек., ни говори, че в рамките на разстояние от две светлинни седмици има материя колкото 2 милиона Слънчеви маси.Само едно нещо във Вселената е с такава плътност.В средата на тази огърлица от въртящи се звезди, се намира свръхмасивна черна дупка.Не можем да я видим, но е там.Най-разрушителната сила във Вселената, се таи в сърцето на нашата галактика - Млечния път.Следващия въпрос, който тревожел космолозите, бил как тя влияе на заобикалящите я обекти.Ако всички галактики имат черна дупка в центъра си, това неможе да е случайно.Вероятно черните дупки са съставна часто от структурата на галактиките и тяхното функциониране.Открихме, че има взаимоотношение между масата на черната дупка и масата на заобикалящата я галактика - малките галактики имат малки черни дупки - от порядъка на 1 млн. слънчеви маси, а големите галактики - големи черни дупки, от порядъка на 1 млрд. слънчеви маси.Всяка черна дупка е почти пропорционална на големината на галактиката си.Без значение от техния размер, галактиките винаги имат черна дупка, с маса 0,5% от общата маса на галактиката.Това е голяма изненада и логично води до въпроса - защо? Никой не е очаквал да има взаимовръзка между размера на черната дупка и галактиката.Това предполага, че има тайнствена, невидима връзка между галактиката и нейната черна дупка, а за разбулването на тази загадка, учените трябвало да чакат 3 години.Първият пробив, бил направен когато на Хабъл бил монтиран нов уред.Това изключително много ускорило процеса на откриване на нови черни дупки, давайки на учените изобилие от нови данни за анализ.Измежду пресяващите тези данни, били двама съревноваващи се изследователи.Това, което щели да открият, щяло да преобърне космологията с главата надоло.Карл Гебхарт и Лаура Ферарезе се опитвали да открият фундаменталната взаимозависимост между черните дупки и техните галактики.За тази цел, те изследват всички характеристики на галактиките, в търсене на някакви нови отношения, които да им подскажат отговора.Успехът не ги споходил, докато не обърнат внимание на едно свойство наречено " сигма " и едва тогава мистерията започнала да се разбулва.Със " сигма " се означава нещо много просто, независимо от сложния изказ.Това е скоростта на звездите по периферията на галактиката.Звездите по периферията на галактиката са толкова отдалечени от черната дупка, че нейната гравитация изобщо не им влияе.Тези звезди не усещат наличието на черната дупка, те усещат влиянието само на другите звезди от галактиката, те не предполагат или не им пука, че има черна дупка.Ако черната дупка я няма, те ще се движат с абсолютно същата скорост.Това накарало учените да повярват, че няма никаква взаимовръзка между размера на черната дупка и скоростта на звездите в периферията на галактиката.Скоро щяло да се окаже, че грешат.Двама учени анализирали новопостъпилите данни - те първо трябвало да изчислят масата на всяка черна дупка.После изчислили скоростта на звездите в периферията, въвели данните и ги изкарали в подходяща графика.След това добавили новите данни за масата на черната дупка и " сигма " за галактиката.Неби трябвало да има връзка между двете и въпреки това, с добавянето на още и още данни за скоростта на звездите и масата на черната дупка, започнала да изпълва явна зависимост.За тяхно учудване, точките били разположени в една линия през средата на екрана.Свойствата били учевидно свързани : колкото по-голяма е масата на черната дупка, толкова по-голяма е скоростта на звездите в периферията.Това, което са открили е, че свръхмасивните черни дупки в центъра на галактиките и самите галактики са много тясно свързани.Звездите по периферията на галактиката нямат физическа връзка с черната дупка.Въпреки това, някак си скоростта им е пряко зависима от размера на черната дупка, намираща се на милярди километри разстояние.Ако сега те физически не са свързани, би означавало, че някога в миналото е било обратното.Самият факт, че откриват такава пряка зависимост между скоростта на звездите и черната дупка в средата, е белег за това какво се е случвало с тези галактики в миналото.Учените смятат, че свръхмасивните черни дупки може би са първопричината за образуването на галактиките.Тази взаимозависимос е най-важното нещо, което са разбрали за свръхмасивните черни дупки до сега.Астрономите винаги търсят взаимовръзки.А когато е толкова ясно очертана, това е знак, че съществува някаква основна закономерност, която трябва да бъде открита.Както се оказва, такава закономерност, можеща да обясни процесите е била предложена преди години от теоретиците : Мартин Рийс и Джо Силк.Джо Силк през по-голямата част от живота си, се е опитвал да разгадае загадката на образуването на галактиките.Преди 3 години станало ясно, че липсва парче от пъзела.Ако имало черна дупка в центъра на всяка галактика, учените трябвало да обяснят, какво прави тя там.Всички предишни теории за създаването на галактиките предполагат, че газовете в началото на съществуването на Вселената, просто се кондензирали и образували звездите и галактиките.Силк и Рийс предложили напълно различна теория.Тяхната идея била, че центровете на всички ранни газови облаци се свили и образували гигантски черни дупки.Черната дупка незабавно би започнала да всмуква околния газ, превръщайки се в светещ квазар.Силк осъзнал, че енергията на новообразувания квазар, би предизвикала интензивни температурни вариации в заобикалящия газ.По-този начин газовете около черната дупка и новопоявилия се квазар да се концентритар до звезди, което всъщност означава, че черната дупка спомага за зараждането на галактиката.Смята се, че черните дупки оказват разрушително влияние върху всичку около тях.В този случай тяхната дейност е съзидателна, те имат положителна роля в образуването на галактиките.Това не било всичко.Тези теория може да предскаже, кога и защо черната дупка ще спре да нараства и ще утихне.Изчислили, че това ще се случи, когато непрекъснато нарастващата черна дупка стане толкова голяма, че огромното количество енергия излъчвано от квазара буквално ще изтласка останалата част от галактиката извън обсега й.Същият ефект се получава, ако насочим въздушен поток към заобикалящ го газ и избутаме газът, както снегорин избутва сняг.Останала сама със своя квазар, черната дупка ще погълне остатъка от него и ще преустанови акотивност.Ще стане съвсем невидима в центъра на галактиката.Силк и Рийс изчислили, че момента в който черната дупка ще изтласка околните звезди, зависи от скоростта на звездите в галактиката.Колкото по-бързо тези звезди се движат, толкова по-трудно те ще будат избутани, и толкова по-голяма трябва да стане черната дупка за да произведе достатъчно енергия, която да преодолее движението на гравитиращите звезди.Това означава, че в крайна сметка размерът на черната дупка зависи от скоростта на движение на звездите в новопоявилата се галактика.Ако нашата теория е правилна, би трябвало да съществува пряка зависимост между масата на черната дупка, и скоростта на " сигма " на звездите в новообразувалата се галактика.Именно това беше туко що открито.Това означава, че вероятно теорията на Силк и Риийс е правилна, и че свръхмасивните черни дупки спомагат за образуването на нови звездни формации, а това би означавало, че всички гигантски черни дупки и техните галактики са свързани от самото си зараждане.Това означава, че отговора на загадката за формирането на галактиките, се крие в образуването на свръхмасивните черни дупки в центъра им.Най-важният извод от това е, че това което контролира образуването на галактиките, и образуването на свръхмасивните черни дупки по същество е едно и също нещо, първопричината е една и съща.Оказва се, че свръхмасивната черна дупка притежаваща ужасна разрушителна сила, може да бъде и основата за образуването на нашата галактика.Въпреки всичко, нейната разрушителна способност не трябва да бъде подценявана.
На Хавайските острови Андреа Газ прави ново откритие.Тя е открила нов светлинен източник в центъра на нашата галактика.Черната дупка може би отново се е активизирала.Тя е открила нов обект на картата, приличащ на звезда, но интересното е, че то се намира точно на мястото където смятат, че се намира черната дупка.Газ смята че тази светла точка е свидетелство за нещо невероятно.Една идея, от която е силно заинтригувана в момента е, че вероятно черната дупка в момента се активизира.Андреа смята, че светлината идва от нагорещен газ, засмукван от черната дупка.Така че, ако черната дупка в центъра на галактиката ни се е активизирала, може ли това да се усети на Земята, макар че се намираме на 24 000 светлинни години разстояние? Тя мисли че няма никаква опасност да бъдем засмукани от черната дупка, и всъщност ако смятаме че черната дупка се е активизирала, това е дреболия в сравнение с други галактики, защото нашата черна дупка е много, много спокойна.Независимо от факта, че има нови проблясъци, те са с нисък интензитет.Черната ни дупка е спряла да нараства преди милярди години.Само някаква голяма катастрофа би я възбудило отново, нещо достатъчно могъщо, което да избута звездите от сингулярността на галактическата периферия в смъртоносните й обятия.Сега вече знаем, че това един ден ще се случи.
През януари 2000 г., Джон Дубински се заел да предвиди окончателната съдна на Млечния път и тази на нашия най-близък съсед - Андромеда.Всъщност, Андромеда се движи към Млечния път, което значи че вероятно някога двете галактики ще се сблъскат.В момента Андромеда се движи към нас със скорост 400 000 км/ч и учените предполагат, че един ден тя ще се сблъска с нашата галактика.Дубински решил да направи симулация, на това което ще се случи след 3 млрд. години, когато двете галактики най-накрая ще се сблъскат.След трудоемки и сложни изчисления, резултатът бил жива картина на предстоящия сблъсък.Точно предсказание за това, какъв ще е края на Млечния път.Газови облаци, сблъскващи се с огромна скорост - стотици километри в секунда, създаващи силни ударни вълни, които се устремяват през газовете и ги нагряват много силно.В центъра на този водовъртеж кипящите газове се устремяват към двете сливащи се черни дупки.Това отприщва гигантско взаимозахранване и двете чудовища започват да се въртят едно около друго.В края на краищата, двете черни дупки с актреционните си дискове, ще се слеят и ще образуват още по грамадна черна дупка.Дубински пресметнал, че в резолтат на този величествен сблъсък Земята и цялата Слънчева система, ще бъдат изтласкани извън орбита.За Земята има две възможности.Ако се паднем във външния край на галактиката по време на сблъсъка, ще бъдем изхвърлени в открития Космос - ако имаме късмет.Другия вариант е да се паднем във вътрешния край на галактиката, и в такъв случай ще се озовем насред хаоса.
Черни дупки
Бели дупки
Планетите в Слънчевата система
Тези времена в астрономията повече няма да се повторят.Въздухът е пробит от нови открития и идеи.Това което открили била проста взаимовръзка, между нашата галактика и най-разрушителната сила във Вселената.Свръхмасивна черна дупка.Това озарило света на космологията.През 1999г. хората не бяха много ентосиазирани относно свръхмасивните черни дупки.Обикновенният астроном не се интересуваше много от тях.Сега вече е по-добре да го направят!
Крайната цел на космологията е да обясни, как се е родила Вселената.Един от най-важните въпроси е, как са се образували галактиките, защото ако ги нямаше тях, ние нямаше да съществуваме.
Почти всички звезди са разположени в галактики, и може би точно там са създадени всички звезди във Вселената.Звездите пък от своя страна са източник на кислороди, въглерод, на планети - всичко необходимо за зараждането на живот, а без живот няма да има и астрономи :D.
Това което виждаме от нашата галактика - Млечния път, е ивица звезди в нощното небе.Всъщност, тя представлява гигантски въртящ се диск, с диаметър 200 000 светлинни години.Тя се състой от 200 милярда звезди, подобни на нашето Сленце, бавно въртящи се около центъра й.Нашата галактика е само една от 125-те милярд галактики, различни по форма и размери, носещи се из Космоса.Все още учените не са дали обяснение по какъв начин се е образувала дори една от тях.Образуването на една галактика е много сложен процес.Необходимо е да има гравитация, нужни са голели газови облаци, които да се сблъскват, динамиката на звездите, химичния състаф на сблъскващите се газове.Знаем само, че когато Вселената е била още млада, е нямало звезди и галактики, а само вихрушка от въглеродни газове.Загадката е, как всеки отделен облак се е превърнал в галактика, такива каквито ги виждаме днес.Просто не знаем, как се е случило, как са се образували галактиките от йонизирания горещ газ, който изпълнил Вселената.Процес, който все още не ни е ясен.Как точно са се образували галактиките е въпрос, тревожеш най-големите астрономи по света от десетилетия.Но през март 2000 г., учените открили доказателство, водещо към необичаен отговор." Нюкър " е екип от световноизвестни астрономи, които не са спецялисти ж областта на галактиките.Те са експерти в областта на най-разрушителната сила, известна на науката - Свръхмасивните черни дупки.До скоро, свръхмасивните черни дупки бяха само една теория.Това са гигантски черни дупки с апокалиптични размери.Свръхмасивните черни дупки са милиони, дори милярди пъти по масижни от стандартните черни дупки.Една такава дупка би била с размерите на слънчевата система.
Свръхмасивната черна дупка е една гравитационна лудница.Обект с неимоверна плътност и неуловимо гравитационно привличане.Нищо не може да и се изплъзне, дори светлината.Всичко в близост - газове, звезди и цели планетни системи биват засмукани и отиват в нищото.Те дори унищожават тъканта от която е изградена Вселената.Ако си представите Вселената, като пространствено-времева мрежа, гравитацията на обикновенните звезди и плането образуват вдлъбнатини в нея, но огромната гравитация на свръхмасивните черни дупки е толкова разрушителна, че изкривява времето и пространството до критична точка.В центара на супермасивните черни дупки, се намира едно от най-странните неща във физиката - сингулярността.Точка, в която пространство, време и всички физични закони се разпадат.Това, което става в центръра на сингулярността е пълна загадка, а разрешаването й, изисква откриването на нови физични закони, с които в момента не разполагаме.Някои смятат, че ако попаднеш в сингулярността, ще се появиш в друга част от Вселената.Някои от теориите за сингулярността са много, много крайни.Истината е, че просто не знаем.Супермасивните черни дупки са толкова странни, че доскоро много учени се съмнявали в тяхното съществуване.Те били една крайна идея, чрез която се надявали да обяснят един много рядък и дълечен вид галактики - активните галактики.Това са едни от най-светлите обекти във Вселената.Тези галактики имат светещо ядро, от чийто център бликат огромни струи от енергия.Бушуващ източник на нагорещен, светещ газ се нарича квазар.Учените предполагат, че причината за този врящ котел може да се крие, в наличието на свръхмасивна черна дупка, засмукваща газ и звезди, буквално " хранеща се " с центъра на галактиката.Схващането е, че ярките квазари, които виждаме не са черните дупки, не са свръхмасивни черни дупки, а е газ, който е на път да бъде всмукан от свръхмасивната черна дупка, газът, който я заобикаля, светещ много ярко, точно преди да изчезне в черната дупка.Гигантската черна дупка би трябвало да има толкова голяма гравитация, че газовете и звездите около нея би трябвало, да се движат с почти светлинна скорост.Чудовищните сили биха нагрели газовете до над 1 мнл.градуса.Газът започва да се трие до такава степен, и се нагрява толкова много, че започва да свети много ярко.Въпреки, че квазарът свети много ярко, е невъзможно да се види, дали има черна дупка в центъра му.Парадоксалното е, че черната дупка не се вижда поради факта, че тя поглъща светлината.Дълги години никой неможел да каже със сигорност дали съществуват свръхмасивни черни дупки, в центъра на тези загадъчни галактики.Научният екип две десетилетия се опитвал да открие едно от тези неуловими чудовища.Първия проблем, с който се сблъскали, бил да докажат, че свръхмасивните черни дупки наистина съществуват.Това, което щели да открият е по-странно, от колкото повечето хора можели да си представят.Един от първите в екипа, в опитите си да го открие, бил Алан Дреслер.
През 1983 г. той отишъл при телескопа Паломар в Калифорния, убеден че е намерил начин да докаже, че свръхмасивните черни дупки същестуват.Черната дупка е невидима, за това и се нарича така.Това което трябва да се търси е наличието на гравитационна сила, която придърпва звездите, преминаващи близо до нея.Дреслер знаел, че независимо от факта, че е невидима, нейната огромна гравитация би причинила завихряне на звездите около нея със скорост 500 000 км/ч.Чрез определяне на скоростта на тези звезди, той можел да докаже, дали наистина има черна дупка в центъра на всяка активна галактика.Избрал си близко до нас галактика, наречена NGC1068, активна галактика, с вероятно наличие на свръхмасивна дупка в центъра й.Така поне се са надявали.За да бъде сигорен, че звездите в NGC1068 се движат необикновено бързо, Дреслер искал да ги сравни със звездите от обикновена галактика, без черна дупка в центъра й.Звезди, въртящи се около по слаб гравитационен център, биха се движили с два пъти по-малка скорост.За тази цел той избрал най-обикновена галактика, намираща се близо до нас, Андромеда - спокойна галактика, с неактивен център подобно на нашата.За да измери скоростта на звездите в тези две много различни галактики, Дреслер използва уред, наречен спектроскоп.Той следи за променящи се светлинни модели, идващи от звездите по време на въртенето им около центъра на галактиката.Центърът на галактиката излиза като бяла ивица на спектроскопа, а движението на звездите около центъра, като тъмна вертикална ивица.Ако звездите в средата на галактиката обикалят бавно, тогава не би трябвало да има изменения в тъмната ивица, ако обаче тяхната скорост е много висока, с приближаването и отдалечаването от нас от двете страни на свръхмасивната черна дупка, в тъмната ивица би трябвало да се наблюдават резки деформации при центъра на галактиката.Дреслер е очаквал да види резки изменения на тъмната ивица, свидетелстващи за големи колебания в скоростта от единия край на галактиката към другия, рязко, точно през центъра, и това ще покаже, че звездите се движат изключително бързо в центъра на галактиката, поради влиянието на огромна маса в центъра - тази на свръхмасивната черна дупка.Няколко нощи подред, Дреслер измервал скоростта на звездите в NGC1068 и Андромеда.Когато излезли резолтатие от телескопа, той видял нещо абсолютно неочаквано.Снимката от активната галактика, където се надявал да открие черна дупка, била неясна.NGC1068 била твърде отдалечена и телескопа неможал да даде ясно изображение.Изненадата дошла от Андромеда - обикновенна и тиха, съседна нам галактика.Дреслер бил удивен от факта, че е открил това, което търси, не там където го е търсил.Резолтатите показват, че звездите се движат с висока скорост и се отдалечават от нас със скорост 150 км/сек., което е 500 000 км/ч.Дреслер смятал, че само едно нещо може да е причината за тази скорост - свръхмасивна черна дупка.И не само той смятал така.Колегата му от екипа - Джон Корменди, открил абсолютно същото.В момента в който е видял деформацията, Джон веднага е разбрал, че има голяма вероятност това да е свръхмасивна черна дупка.Те открили доказателство за най-свирепата сила в природата, но тревожното било, че тя не се намирала в някоя далечна галактика.Тази свръхмасивна черна дупка се намирала в обикновенна галактика, съседна на нашата.По всичко личало, че в Андромеда има черна дупка, но тя не била квазар.Ако има свръхмасивна черна дупка, защо тя не свети ? Това предполага, че тя не всмуква нищо.Може би много от галактиките са изпаднали в летаргия, независимо от факта, че имат черна дупка.Тя не всмуква нищо, следователно не свети.Някои теоретици бяха предсказали именно същото - свръхмасивните черни дупки имат две състояния.Когато е активна, свръхмасивната черна дупка, създава огнен диск от горящ газ около себе си, а в последствие поради някаква причина спира да се " храни ", превръщайки се в смъртоносно, черно тяло, спотайващо се в центъра на галактиката.Едно такова черно, потайно чудовище било открито в съседна на нашата галактика.
Новината за това откритие обиколиа света, но много учени сметнали това за невъзможно.Те смятали, че няма достатъчно доказателства в подкрепа на такава революционна идея.Дори самият екип почнали да го налягат съмнения.Винаги ще съществува възможността това да не е черна дупка, а някаква друга плътна материя, която макар и тъмна да не е черна дупка.Един от екипа е мислем, че може да има минимален шанс да са допуснала досадна грешка и че някой след година ще напише, за да докаже какви идиоти са били и ще ги накара да се почустват адски зле.
За да убедят скептиците, те трябвало да открият и други свръхмасивни черни дупки в други галактики.За тази цел, трябвало да потърсят по-надалеч в Космоса.Те се обърнали към космическия телескоп Хабъл.От 1994г. Хабъл започнал систематически да изследва центровете на далечни галактики.В търсене на издайнически следи на звезди, обикалящи с висока скорост около свръхмасивни черни дупки.Астрономите започнали с активната галактика М87.Както се е очаквало, тя имала активна черна дупка, изстрелваща огромни потоци енергия в Космоса.Но когато търсенето се разпростряло и върху неактивните галактики, се случило нещо невероятно.Във всяка галактика, в която поглеждали, откривали свидетелства за наличието на свръхмасивна черна дупка : NGC3115, NGC3377, NGC3379, M31 и M32, открили са общо 20-30 черни дупки.Предполагало се, че свръхмасивните черни дупки били рядко срещано явление, но Хабъл ги откривал навсякъде, както поглъщащи галактиките си, така и тайно спотайващи се в тях.Скоро екипът свикнали с идеята, че накъдето и да погледнат, ще откриват черна дупка.След първите три или четири случая, са започнали да се чудят : всичко ли е черни дупки.
Далеч не били някаква аномалия и изследователите почнали да подозират, че всички галакити имали черна дупка в центъра си.Ако това се окажело вярно, щяло да направи революция в схващането за това, какво представляват галактиките.Още по-тревожно щяло да бъде, че е възможно да има свръхмасивна черна дупка спотайваща се в центъра на собствената ни галактика - Млечния път.Андреа Газ от пет години ходи на Хавайските острови, в опитите си да открие свръхмасивна черна дупка в Млечния път.
Когато започнала да се занимава с астрономия, не си е и помисляла, че в центъра на нашата галактика може да има свръхмасивна черна дупка.Тогава се е поддържала теорията, че галактиките просто се въртят около центъра си, състоящ се от газове, звезди и прах - нищо особенно.Андреа Газ използва телескоп по-мощен дори и от Хабъл - телескопа Кек, разположен на 4 267 м. надморска височина в свещенната планина Мауна Кеа.Телескопът Кек е най-големия оптичен телескоп в света.Неговото огромно огледало е с диаметър 10 метра, и се състои от 36 отделни елемента, направени от финно-шлифовано алуминизирано стъкло.Кек е невероятен телескоп.Страхотен е защото е голям.В случая въжи правилото " размера има значение ".Можеш да уловиш голямо количество фотони, виждаш много далечни обекти, забелязват се много дребни детайли.Четири пъти в годината, Газ насочва телескопа към звездите в центъра на Млечния път.Тя търски издайническите, високи скорости, които разкриват наличието на черна дупка.Центарът на Млечния път е толкова близо, а телескопът толкова мощен, че Газ може да надникне по-близо до центъра на галактиката, от когото и да било другиго преди това.В центъра на галактиката се вижда, че има по-бледи звезди, а тези звезди са изключително важни.Движението на тези звезди, разкрива наличието на черна дупка.Газ следи движението на тези звезди през последните 5 години.Ако няма черна дупка те биха се движили много бавно, но тя установила, че те обикалят със скорост от над 1 000 км/сек.Звездите, които наблюдава се намират на разстояние 2 светлинни седмици от центъра на галактиката, и фактът, че се движат със скорос 1 000 км/сек., ни говори, че в рамките на разстояние от две светлинни седмици има материя колкото 2 милиона Слънчеви маси.Само едно нещо във Вселената е с такава плътност.В средата на тази огърлица от въртящи се звезди, се намира свръхмасивна черна дупка.Не можем да я видим, но е там.Най-разрушителната сила във Вселената, се таи в сърцето на нашата галактика - Млечния път.Следващия въпрос, който тревожел космолозите, бил как тя влияе на заобикалящите я обекти.Ако всички галактики имат черна дупка в центъра си, това неможе да е случайно.Вероятно черните дупки са съставна часто от структурата на галактиките и тяхното функциониране.Открихме, че има взаимоотношение между масата на черната дупка и масата на заобикалящата я галактика - малките галактики имат малки черни дупки - от порядъка на 1 млн. слънчеви маси, а големите галактики - големи черни дупки, от порядъка на 1 млрд. слънчеви маси.Всяка черна дупка е почти пропорционална на големината на галактиката си.Без значение от техния размер, галактиките винаги имат черна дупка, с маса 0,5% от общата маса на галактиката.Това е голяма изненада и логично води до въпроса - защо? Никой не е очаквал да има взаимовръзка между размера на черната дупка и галактиката.Това предполага, че има тайнствена, невидима връзка между галактиката и нейната черна дупка, а за разбулването на тази загадка, учените трябвало да чакат 3 години.Първият пробив, бил направен когато на Хабъл бил монтиран нов уред.Това изключително много ускорило процеса на откриване на нови черни дупки, давайки на учените изобилие от нови данни за анализ.Измежду пресяващите тези данни, били двама съревноваващи се изследователи.Това, което щели да открият, щяло да преобърне космологията с главата надоло.Карл Гебхарт и Лаура Ферарезе се опитвали да открият фундаменталната взаимозависимост между черните дупки и техните галактики.За тази цел, те изследват всички характеристики на галактиките, в търсене на някакви нови отношения, които да им подскажат отговора.Успехът не ги споходил, докато не обърнат внимание на едно свойство наречено " сигма " и едва тогава мистерията започнала да се разбулва.Със " сигма " се означава нещо много просто, независимо от сложния изказ.Това е скоростта на звездите по периферията на галактиката.Звездите по периферията на галактиката са толкова отдалечени от черната дупка, че нейната гравитация изобщо не им влияе.Тези звезди не усещат наличието на черната дупка, те усещат влиянието само на другите звезди от галактиката, те не предполагат или не им пука, че има черна дупка.Ако черната дупка я няма, те ще се движат с абсолютно същата скорост.Това накарало учените да повярват, че няма никаква взаимовръзка между размера на черната дупка и скоростта на звездите в периферията на галактиката.Скоро щяло да се окаже, че грешат.Двама учени анализирали новопостъпилите данни - те първо трябвало да изчислят масата на всяка черна дупка.После изчислили скоростта на звездите в периферията, въвели данните и ги изкарали в подходяща графика.След това добавили новите данни за масата на черната дупка и " сигма " за галактиката.Неби трябвало да има връзка между двете и въпреки това, с добавянето на още и още данни за скоростта на звездите и масата на черната дупка, започнала да изпълва явна зависимост.За тяхно учудване, точките били разположени в една линия през средата на екрана.Свойствата били учевидно свързани : колкото по-голяма е масата на черната дупка, толкова по-голяма е скоростта на звездите в периферията.Това, което са открили е, че свръхмасивните черни дупки в центъра на галактиките и самите галактики са много тясно свързани.Звездите по периферията на галактиката нямат физическа връзка с черната дупка.Въпреки това, някак си скоростта им е пряко зависима от размера на черната дупка, намираща се на милярди километри разстояние.Ако сега те физически не са свързани, би означавало, че някога в миналото е било обратното.Самият факт, че откриват такава пряка зависимост между скоростта на звездите и черната дупка в средата, е белег за това какво се е случвало с тези галактики в миналото.Учените смятат, че свръхмасивните черни дупки може би са първопричината за образуването на галактиките.Тази взаимозависимос е най-важното нещо, което са разбрали за свръхмасивните черни дупки до сега.Астрономите винаги търсят взаимовръзки.А когато е толкова ясно очертана, това е знак, че съществува някаква основна закономерност, която трябва да бъде открита.Както се оказва, такава закономерност, можеща да обясни процесите е била предложена преди години от теоретиците : Мартин Рийс и Джо Силк.Джо Силк през по-голямата част от живота си, се е опитвал да разгадае загадката на образуването на галактиките.Преди 3 години станало ясно, че липсва парче от пъзела.Ако имало черна дупка в центъра на всяка галактика, учените трябвало да обяснят, какво прави тя там.Всички предишни теории за създаването на галактиките предполагат, че газовете в началото на съществуването на Вселената, просто се кондензирали и образували звездите и галактиките.Силк и Рийс предложили напълно различна теория.Тяхната идея била, че центровете на всички ранни газови облаци се свили и образували гигантски черни дупки.Черната дупка незабавно би започнала да всмуква околния газ, превръщайки се в светещ квазар.Силк осъзнал, че енергията на новообразувания квазар, би предизвикала интензивни температурни вариации в заобикалящия газ.По-този начин газовете около черната дупка и новопоявилия се квазар да се концентритар до звезди, което всъщност означава, че черната дупка спомага за зараждането на галактиката.Смята се, че черните дупки оказват разрушително влияние върху всичку около тях.В този случай тяхната дейност е съзидателна, те имат положителна роля в образуването на галактиките.Това не било всичко.Тези теория може да предскаже, кога и защо черната дупка ще спре да нараства и ще утихне.Изчислили, че това ще се случи, когато непрекъснато нарастващата черна дупка стане толкова голяма, че огромното количество енергия излъчвано от квазара буквално ще изтласка останалата част от галактиката извън обсега й.Същият ефект се получава, ако насочим въздушен поток към заобикалящ го газ и избутаме газът, както снегорин избутва сняг.Останала сама със своя квазар, черната дупка ще погълне остатъка от него и ще преустанови акотивност.Ще стане съвсем невидима в центъра на галактиката.Силк и Рийс изчислили, че момента в който черната дупка ще изтласка околните звезди, зависи от скоростта на звездите в галактиката.Колкото по-бързо тези звезди се движат, толкова по-трудно те ще будат избутани, и толкова по-голяма трябва да стане черната дупка за да произведе достатъчно енергия, която да преодолее движението на гравитиращите звезди.Това означава, че в крайна сметка размерът на черната дупка зависи от скоростта на движение на звездите в новопоявилата се галактика.Ако нашата теория е правилна, би трябвало да съществува пряка зависимост между масата на черната дупка, и скоростта на " сигма " на звездите в новообразувалата се галактика.Именно това беше туко що открито.Това означава, че вероятно теорията на Силк и Риийс е правилна, и че свръхмасивните черни дупки спомагат за образуването на нови звездни формации, а това би означавало, че всички гигантски черни дупки и техните галактики са свързани от самото си зараждане.Това означава, че отговора на загадката за формирането на галактиките, се крие в образуването на свръхмасивните черни дупки в центъра им.Най-важният извод от това е, че това което контролира образуването на галактиките, и образуването на свръхмасивните черни дупки по същество е едно и също нещо, първопричината е една и съща.Оказва се, че свръхмасивната черна дупка притежаваща ужасна разрушителна сила, може да бъде и основата за образуването на нашата галактика.Въпреки всичко, нейната разрушителна способност не трябва да бъде подценявана.
На Хавайските острови Андреа Газ прави ново откритие.Тя е открила нов светлинен източник в центъра на нашата галактика.Черната дупка може би отново се е активизирала.Тя е открила нов обект на картата, приличащ на звезда, но интересното е, че то се намира точно на мястото където смятат, че се намира черната дупка.Газ смята че тази светла точка е свидетелство за нещо невероятно.Една идея, от която е силно заинтригувана в момента е, че вероятно черната дупка в момента се активизира.Андреа смята, че светлината идва от нагорещен газ, засмукван от черната дупка.Така че, ако черната дупка в центъра на галактиката ни се е активизирала, може ли това да се усети на Земята, макар че се намираме на 24 000 светлинни години разстояние? Тя мисли че няма никаква опасност да бъдем засмукани от черната дупка, и всъщност ако смятаме че черната дупка се е активизирала, това е дреболия в сравнение с други галактики, защото нашата черна дупка е много, много спокойна.Независимо от факта, че има нови проблясъци, те са с нисък интензитет.Черната ни дупка е спряла да нараства преди милярди години.Само някаква голяма катастрофа би я възбудило отново, нещо достатъчно могъщо, което да избута звездите от сингулярността на галактическата периферия в смъртоносните й обятия.Сега вече знаем, че това един ден ще се случи.
През януари 2000 г., Джон Дубински се заел да предвиди окончателната съдна на Млечния път и тази на нашия най-близък съсед - Андромеда.Всъщност, Андромеда се движи към Млечния път, което значи че вероятно някога двете галактики ще се сблъскат.В момента Андромеда се движи към нас със скорост 400 000 км/ч и учените предполагат, че един ден тя ще се сблъска с нашата галактика.Дубински решил да направи симулация, на това което ще се случи след 3 млрд. години, когато двете галактики най-накрая ще се сблъскат.След трудоемки и сложни изчисления, резултатът бил жива картина на предстоящия сблъсък.Точно предсказание за това, какъв ще е края на Млечния път.Газови облаци, сблъскващи се с огромна скорост - стотици километри в секунда, създаващи силни ударни вълни, които се устремяват през газовете и ги нагряват много силно.В центъра на този водовъртеж кипящите газове се устремяват към двете сливащи се черни дупки.Това отприщва гигантско взаимозахранване и двете чудовища започват да се въртят едно около друго.В края на краищата, двете черни дупки с актреционните си дискове, ще се слеят и ще образуват още по грамадна черна дупка.Дубински пресметнал, че в резолтат на този величествен сблъсък Земята и цялата Слънчева система, ще бъдат изтласкани извън орбита.За Земята има две възможности.Ако се паднем във външния край на галактиката по време на сблъсъка, ще бъдем изхвърлени в открития Космос - ако имаме късмет.Другия вариант е да се паднем във вътрешния край на галактиката, и в такъв случай ще се озовем насред хаоса.
Черни дупки
Бели дупки
Планетите в Слънчевата система
Черни дупки
Черните дупки се смятаха за върховните хищници в Вселената, поглъщащи всичко което се изпречи на пътя им. Но сега астрономите мислят, че те не са толкова космическа заплаха, колкото един фундаментален фактор за образуването и еволюцията на галактиките.
Черната дупка е струпване на огромна маса в малък обем с толкова силно гравитационно поле, че втора космическа скорост е по-голяма от тази на светлината. Поради това дори и светлината не е в състояние да преодолее тази скорост, оттам и името „черна“ дупка.
Наименованието е широко разпространено, въпреки че не става дума за „дупка“ в обичайния смисъл, а по-скоро за област в пространството, която поглъща всичко в непосредствена близост и нищо не може да я напусне след това.
Черните дупки са области от пространството, където гравитацията е толкова силна, че дори светлината не може да избяга, което ги прави невидими. Ние можем да видим нещата, които тези грамадни космически прахосмукачки всмукват. Всичко, което доближи черна дупка, първо бива разкъсано на парчета от огромната гравитация, а после става част от плосък въртящ се диск и завършва пътя си по спирала към самата дупка.
Когато останките доближат средата на черната дупка тяхната скорост се увеличава и те започват да се блъскат една о друга. Поради триенето материалът се загрява и се отделят рентгенови лъчи, които ние можем да засечем. Ако черната дупка е наистина голяма и в диска й има много останки, тогава тя може да излезе на показ като един от най-ярките обекти във Вселената — квазар.
Съществуването на черни дупки се допуска в общата теория на относителността. Според нея никаква материя или информация не може да проникне от вътрешността на черна дупка до външен наблюдател, т.е. оттам не може да се извлече никаква маса или да се получи образ или друга информация за материята вътре в черната дупка. Квантовата механика допуска някои отклонения от това правило. Съществуването на черни дупки във Вселената е доказано чрез астрономически наблюдения, в частност от наблюдението на свръхнови звезди и на рентгеновото излъчване от активното галактическо ядро.
История на черните дупки
Идеята за тяло, толкова масивно, че дори светлината да не може да го напусне, е предложена за пръв път от английския геолог Джон Мичъл през 1783 в документ, представен пред Британското кралско дружество. По това време Нютоновата теория за гравитацията и идеята за втора космическа скорост са добре известни. Мичъл изчислява, че тяло с радиус 500 пъти по-голям от този на Слънцето, и със същата плътност, би имало на повърхността си втора космическа скорост, равна на скоростта на светлината и, следователно, би било невидимо.
През 1796 френският математик Пиер-Симон Лаплас предлага същата идея в първото и второто издание на книгата си Exposition du Systeme du Monde.Тя изчезва в следващите издания на книгата. Идеята за черни дупки не привлича голямо внимание през 19 век, тъй като светлината се счита за безмасова вълна, която не се влияе от гравитацията.
През 1915 Алберт Айнщайн излага общата теория на относителността. В нея той излага хипотезата, че нормалното пространство и, като следствие, пътят на светлинните лъчи се изкривява в близост до големи гравитационни обекти. Няколко месеца по-късно Карл Шварцшилд дава решение за гравитационното поле на точкова маса, показвайки, че това, което днес наричаме черна дупка, може да съществува теоретично. Радиусът на Шварцшилд е известен в наши дни като радиусът на невъртяща се черна дупка, но не е добре разбран по това време. Самият Шварцшилд не му е придавал физически смисъл.
През 1920-те Субраманиан Чандрасекар твърди, че според специалната теория на относителността неизлъчващо тяло над определена маса, известна днес като граница на Чандрасекар, би колапсирало. Известният по това време астроном Артър Едингтън се противопоставя на това твърдение, смятайки, че нещо неизбежно би предотвратило такъв колапс.
През 1939 Робърт Опенхаймер и Снайдер предвиждат, че масивни звезди могат да претърпят драматичен гравитационен колапс. Известно време тези обекти са наричани замръзнали звезди, тъй като колапсът би се наблюдавал като бързо забавяне и силно почервеняване около радиуса на Шварцшилд. Въпреки това тези хипотетични обекти не са предмет на голям теоретичен интерес до края на 60-те години на ХХ век.
Интересът към обекти, претърпели гравитационен колапс, оживява през 1967 с откритието на пулсарите. За пръв път изразът "черна дупка" се употребява от физика-теоретик Джон Уилър. До този момент понякога се използва термина черна звезда.
Описание
Тъй като нищо не може да напусне черната дупка, то не е възможно наблюдател извън нея да добие информация за процеси, ставащи във вътрешността и. Черните дупки нямат наблюдаеми външни свойства, които да могат да бъдат използвани, за да се определи какво става във вътрешността им. Според класическата обща теория на относителността, черните дупки могат да бъдат характеризирани изцяло с три параметъра — маса, момент на импулса и електрически заряд.
Обичайното разбиране за черните дупки се базира на идеята за пространство-време от общата теория на относителността, тъй като най-важните им свойства са свързани с изкривяване на геометрията на окръжаващото ги време-пространство. Идеята за липса на индивидуални отличителни белези на черните дупки се заражда първоначално като предположение направено от Бакенщайн, по-късно потвърдено от Картър, Вернер Израел, Робинсън и Хокинг и придобива известност като „теорема за липса на коса“. Нейно следствие е може би безвъзратното загубване на информация зад непреодолимата граница на хоризонта на събитията. Запазването на изобщо някакви характеристики се обяснява с определянето им чрез далекодействащи полета, а именно — гравитационно (маса, момент на импулса) и електромагнитно (електричен заряд).
Хоризонт на събитията
Въображаемата сферична повърхнина, ограждаща цялата маса на черната дупка се нарича хоризонт на събитията. На хоризонта на събитията втора космическа скорост е равна на скоростта на светлината. По този начин нищо от вътрешната страна на хоризонта на събитията, включително фотоните, не може да преодолее хоризонта на събитията поради извънредно силното гравитационно поле. Частици извън тази област могат да падат вътре, пресичайки хоризонта на събитията, без да могат отново да го напуснат.
Изкривяването на време-пространството в силни гравитационни полета води до забавяне на времето. Това явление е установено експериментално през 1976.В близост до черна дупка, забавянето на времето се увеличава силно. От гледна точка на външен наблюдател изглежда, че е необходимо безкрайно дълго време за приближаване на обект до хоризонта на събитията, в който момент светлината, идваща от него е безкрайно червено-отместена. За отдалечен наблюдател изглежда, че обектът, падайки все по-бавно, доближава, но никога не достига, хоризонта на събитията. От гледна точка на самия падащ обект, обаче, времето за достигане на хоризонта на събитията и достигане на сингулярността е крайно.
Широко разпространена заблуда е, че обекти извън хоризонта на събитията се „засмукват“. Тяло, извън хоризонта на събитията, ще изпитва същото гравитационно въздействие от черната дупка, като от кое да е тяло с такава маса (съществуват звезди, по-масивни от някои черни дупки). При превръщането си в черна дупка, звездата не печели маса - т.е. масата на черната дупка е равна на тази на прогенитора и.
Сингулярност
В центъра на хоризонта на събитията съществува сингулярност, място, където според общата теория на относителността, пространство-времето има безкрайна кривина (т.е. гравитацията става безкрайно силна). Пространството във вътрешността на хоризонта на времето е особено с това, че сингулярността е буквално единственото възможно бъдеще, така че всички частици трябва да се движат към нея. Това означава, че има концептуална неточност в нерелативистичната идея за черна дупка, предложена първоначално от Джон Мичъл през 1783. Според него втора космическа скорост е равна на скоростта на светлината, но все пак е теоретично възможно от черната дупка да бъде изваден обект (например като се изтегли с въже). Общата теория на относителността елиминира тази възможност, защото след влизането му отвъд хоризонта на събитията, времевата линия на обекта съдържа крайна точка на самото време и никоя възможна мирова линия не пресича хоризонта на събитията.
Очаква се, че бъдещи уточнения или заместители на общата теория на относителността (особено квантова теория на гравитацията) ще променят сегашните възгледи за същността на черните дупки. Повечето теоретици интерпретират математическата сингулярност на уравненията като признак за непълнотата на сегашната теория и смятат, че в близост до сингулярността се появяват нови неизвестни явления.
Въртящи се черни дупки
Според теорията хоризонтът на събитията на черна дупка, която не се върти, е сферичен, а сингулярността и (казано неформално) е точка. Ако черната дупка има момент на импулса, наследен от звезда, въртяща се в момента на колапса си, тя започва да увлича пространство-времето около хоризонта на събитията в ефект, известен като гравитомагнетизъм (англ. Frame-Dragging). Въртящата се област около хоризонта на събитията се нарича ергосфера и има елипсоидна форма. Тъй като ергосферата се намира извън хоризонта на събитията, е възможно съществуването на обекти в нея, без задължително да падат в дупката. Въпреки това, поради движението на самото пространство-време в ергосферата, за тези обекти е невъзможно да остават на постоянно място. Обектите в ергосферата могат при определени обстоятелства да бъдат изхвърлени навън с голяма скорост, извличайки енергия (и ъглов момент) от дупката, откъдето идва и наименованието ергосфера („сфера на работа“).
Ентропия и лъчение на Хокинг
През 1971 Стивън Хокинг показва, че общата площ на хоризонта на събитията на произволна група класически черни дупки не може да намалява. Това звучи много подобно на Втория принцип на термодинамиката, като площта играе ролята на ентропия. Якоб Бекенщайн предполага, че ентропията на черната дупка наистина е пропорционална на площта на нейния хоризонт на събитията. През 1974 Хокинг прилага квантовата теория на полето към полукласическо изкривено пространство-време и установява, че черните дупки могат да излъчват топлинни лъчи, известни като лъчение на Хокинг. Това му дава възможност да изчисли ентропията, която наистина е пропорционална на площта, потвърждавайки хипотезата на Бекенщайн. По-късно е установено, че черните дупки са обекти с максимална ентропия, което означава, че максималната ентропия на част от пространството е ентропията на най-голямата черна дупка, която може да се събере в него. Това довежда до хипотезата за холографския принцип.
Лъчението на Хокинг се генерира точно извън хоризонта на събитията и не носи информация за вътрешността и. Все пак това означава, че черните дупки не са напълно черни. Нещо повече, от ефекта следва, че черните дупки бавно се изпаряват с времето. Въпреки че тези ефекти са пренебрежими за обекти с астрономически размери, те са значителни за хипотетично много малки черни дупки, където преобладават квантовите ефекти. Очаква се малките черни дупки да претърпят бързо изпарение и да изчезнат в експлозия на радиация. Следователно всяка черна дупка, която не може да консумира нова маса, има крайно време на живот, което е функция от масата и.
На 21 юли 2004 Стивън Хокинг представя нов довод за това, че черните дупки евентуално излъчват информация за това, което са погълнали, обръщайки предишната си позиция за загубата на информация. Той предполага, че квантовите пертурбации на хоризонта на събитията могат да позволят на информация да излезе от черната дупка, което да повлияе на радиацията на Хокинг. Теорията все още се обсъжда и, ако бъде приета, вероятно би разрешила информационния парадокс на черните дупки. Междувременно съобщението предизвиква силно внимание сред медиите.
Падане в черна дупка
Да си представим, че злощастен космонавт пада радиално към центъра на проста шварцшилдова (невъртяща се) черна дупка. Колкото повече се приближава към хоризонта на събитията, толкова по-дълго е нужно на излъчваните от него фотони да излязат от гравитационното поле на черната дупка. Далечен наблюдател би видял как спускането на космонавта се забавя, докато приближава хоризонта на събитията, като че ли без никога да го достига.
Въпреки това в собствената си отправна система космонавтът ще пресече хоризонта на събитията и ще достигне сингулярността в краен период от време. След пресичането на хоризонта, той вече няма да може да бъде наблюдаван от външната вселена. Докато пада, той ще забележи как краката му постепенно стават все повече червено-отместени, докато станат невидими. При доближаване до сингулярността, градиентът на гравитационното поле от главата до краката му ще стане значителен и той ще се чувства разтегнат и, в крайна сметка, разкъсан. Този процес е известен като спагетизация. В близост до сингулярността градиентът става достатъчно голям, за да разкъсва атоми. Точката, в която тези приливни сили стават фатални, зависи от размера на черната дупка. За много голяма черна дупка, като предполагаемо намиращите се в центъра на галактиките, точката се намира доста навътре от хоризонта на събитията, така че космонавтът може да го премине безболезнено. Обратно, при малка черна дупка тези приливни ефекти могат да станат фатални дълго преди достигането на хоризонта на събитията.
Съществуват ли черни дупки ?
Общата теория на относителността, както и повечето други метрични теории за гравитацията, не само твърди, че черни дупки могат да съществуват, но всъщност предвижда, че те ще се образуват в природата, стига достатъчно маса да се натрупа в дадена област от пространството, чрез процес, наречен гравитационен колапс. С натрупването на маса в определена област от време-пространството, гравитацията и става все по-силна или, в релативистична терминология, пространството около нея все по-силно се деформира. Когато втора космическа скорост на дадено разстояние от центъра достигне скоростта на светлината, там се образува хоризонт на събитията, вътре в който масата неизбежно пада към една точка, образувайки сингулярност.
Количественият анализ на тази идея довежда до предвиждането, че звезда с маса, около три пъти по-голяма от тази на Слънцето, почти неизбежно би достигнала момент в своята еволюция, когато, изразходвала всичкото си ядрено гориво, би се свила до критичния размер, необходим за гравитационен колапс. След като той започне, колапсът не може да бъде спрян от никаква физическа сила и възниква черна дупка.
Звездният колапс би генерирал черни дупки, съдържащи поне три слънчеви маси. По-малки черни дупки могат да възникнат, само ако материята им е подложена на достатъчен натиск от източник, различен от собствената им гравитация. Смята се, че огромните напрежения, необходими за това, са съществували в най-ранните стадии от образуването на Вселената, създавайки първични черни дупки с маси, по-малки дори от тази на Слънцето.
Също е възможно образуването на свръхмасивни черни дупки, съдържащи милиони и милиарди слънчеви маси, когато голям брой звезди са групирани в сравнително малка област в пространството или чрез падане на голямо количество маса в черна дупка, или чрез многократно сливане на по-малки черни дупки. Смята се, че необходимите за това условия съществуват в центъра на всички галактики, включително нашия Млечен път.
Можем ли да открием черни дупки ?
Според теорията черните дупки не могат да бъдат открити по светлината, която се излъчва или отразява от материята вътре в тях. Те все пак могат да се забележат чрез явленията около тях, като гравитационните лещи или звезди, които изглежда, че се въртят около пространство, където няма видима материя.
Смята се, че най-очевидните ефекти са при падането на материя в черна дупка, която (подобно на вода, изтичаща в канализацията) се очаква да се събира в извънредно горещ и бързо въртящ се акреционен диск около обекта преди да бъде погълнат от него. Триенето между съседните зони на диска го нагорещява извънредно и той излъчва големи количества рентгенови лъчи. Това нагряване е особено ефективно и може да превърне около 50% от масата на даден обект в радиация. За сравнение ядреният синтез може да преобразува само няколко процента от масата. Други предвидени ефекти са тънките струи от частици с релативни скорости, изхвърлени по протежение на оста на диска.
От друга страна акреционни дискове, струи и орбитиращи обекти се наблюдават не само около черните дупки, но и около други обекти, например неутронни звезди. Динамиката на телата около тези обекти е до голяма степен, макар и не напълно, идентична с динамиката на телата около черните дупки. Затова обикновено наблюденията на акреционни дискове и орбитални движения просто показват мястото на компактен обект с определена маса и не говорят много за природата на този обект. Идентификацията на даден обект като черна дупка изисква допускането, че никой друг обект или свързана система обекти не може да бъде толкова масивен и компактен. Повечето астрофизици приемат това, тъй като според общата теория на относителността всяка концентрация на маса с достатъчна плътност трябва да колабира в черна дупка.
Важна наблюдаема разлика между черните дупки и други компактни масивни обекти е, че всяка падаща върху вторите материя би се сблъскала с тях при релативна скорост, предизвиквайки неравномерни избухвания от рентгенови лъчи и друга силна радиация. Така липсата на такива избухвания около компактна концентрация на маса свидетелства, че обектът е черна дупка.
Открити ли са ?
Днес има голямо количество непреки астрономически наблюдения на черни дупки в два обхвата на масите:
звездна черна дупка с маси на типична звезда (4 до 15 пъти тази на Слънцето)
свръхмасивни черни дупки с маси може би 1% от масата на типична галактика
Освен това има известни свидетелства за черни дупки с междинни маси, с няколко хиляди слънчеви маси. Те може би са в основата на образуването на свръхмасивните черни дупки.
Кандидатите за черни дупки със звездна маса се идентифицират най-вече чрез наличието на акреционни дискове със съответния размер и скорост и без неравномерните избухвания, които се очакват при дискове около други компактни обекти. Черните дупки със звездна маса може би участват в изригвания на гама-лъчи, въпреки че наблюденията на такива изригвания, свързани с образуването на свръхнови, намаляват вероятността от такава връзка.
Първите кандидати за масивни черни дупки са активните галактични ядра и квазарите, открити от радиоастрономите през 1960-те. Ефективното преобразуване на маса в енергия при триенето в акреционния диск на черна дупка изглежда е единственото обяснение за изобилната енергия, генерирана от такива обекти. След наблюдения на движенията на звезди около центъра на галактиките през 1980-те се предполага, че свръхмасивни черни дупки съществуват в центъра на повечето галактики, включително Млечния път. Sagittarius A* днес се приема за най-правдоподобният кандидат за място на свръхмасивна черна дупка в центъра на Млечния път.
Днес се счита, че всички галактики могат да имат свръхмасивни черни дупки в своя център и че тази черна дупка поглъща газ и прах, генерирайки огромни количества електромагнитно лъчение, докато цялата близка маса бъде погълната и процесът спре. Това обяснява и защо в близост до тях няма квазари. Въпреки че детайлите все още не са изяснени, изглежда растежът на черната дупка е тясно свързан с растежа на сфероидния компонент (елиптична галактика или струпването на спирална галактика), в който тя пребивава. Интересно е, че няма свидетелства за масивни черни дупки в центъра на кълбовидните звездни купове, което предполага, че те са коренно различни от галактиките.
Има някои предпазливи сведения за образуването на малки черни дупки на Земята в ускорители за частици, но това все още не е потвърдено. До момента няма наблюдавани кандидати за първични черни дупки.
Скорошни открития
През 2004 е открито предполагаемо струпване на черни дупки, което разширява разбирането ни за разпределението на черните дупки във Вселената. Това откритие предизвиква значително преразглеждане на възгледите на учените за броя на черните дупки - очакваният брой нараства петкратно.
През юли 2004 астрономи откриват обект, за който предполагат, че е гигантската черна дупка Q0906+6930 в центъра на галактика в съзвездието Голяма мечка. Размерът и оценките за възрастта на черната дупка могат да помогнат за определянето на възрастта на Вселената.
През ноември 2004 група астрономи съобщава за откритието на първата черна дупка с междинна маса в нашата Галактика, движеща се по орбита на разстояние три светлинни години от Sagittarius A*. Тази черна дупка с маса 1 300 пъти по-голяма от Слънцето е в един куп от седем звезди, вероятно остатък от масивен звезден куп, откъснат от галактическия център.Това наблюдение може да подкрепи идеята, че супермасивните черни дупки нарастват чрез поглъщане на околните по-малки черни дупки и звезди.
През февруари 2005 е установено че синият гигант SDSS J090745.0+24507 напуска Млечния Път със скорост, два пъти по-голяма от втора космическа скорост (0.0022 от скоростта на светлината). Траекторията на звездата може да бъде проследена назад към ядрото на Галактиката. Високата скорост на тази звезда е в подкрепа на хипотезата за съществуване на супер масивна черна дупка в центъра на Галактиката.
Снимки на черна дупка
Бели дупки
Свръхмасивни черни дупки
Планетите в Слънчевата система
Черната дупка е струпване на огромна маса в малък обем с толкова силно гравитационно поле, че втора космическа скорост е по-голяма от тази на светлината. Поради това дори и светлината не е в състояние да преодолее тази скорост, оттам и името „черна“ дупка.
Наименованието е широко разпространено, въпреки че не става дума за „дупка“ в обичайния смисъл, а по-скоро за област в пространството, която поглъща всичко в непосредствена близост и нищо не може да я напусне след това.
Черните дупки са области от пространството, където гравитацията е толкова силна, че дори светлината не може да избяга, което ги прави невидими. Ние можем да видим нещата, които тези грамадни космически прахосмукачки всмукват. Всичко, което доближи черна дупка, първо бива разкъсано на парчета от огромната гравитация, а после става част от плосък въртящ се диск и завършва пътя си по спирала към самата дупка.
Когато останките доближат средата на черната дупка тяхната скорост се увеличава и те започват да се блъскат една о друга. Поради триенето материалът се загрява и се отделят рентгенови лъчи, които ние можем да засечем. Ако черната дупка е наистина голяма и в диска й има много останки, тогава тя може да излезе на показ като един от най-ярките обекти във Вселената — квазар.
Съществуването на черни дупки се допуска в общата теория на относителността. Според нея никаква материя или информация не може да проникне от вътрешността на черна дупка до външен наблюдател, т.е. оттам не може да се извлече никаква маса или да се получи образ или друга информация за материята вътре в черната дупка. Квантовата механика допуска някои отклонения от това правило. Съществуването на черни дупки във Вселената е доказано чрез астрономически наблюдения, в частност от наблюдението на свръхнови звезди и на рентгеновото излъчване от активното галактическо ядро.
Идеята за тяло, толкова масивно, че дори светлината да не може да го напусне, е предложена за пръв път от английския геолог Джон Мичъл през 1783 в документ, представен пред Британското кралско дружество. По това време Нютоновата теория за гравитацията и идеята за втора космическа скорост са добре известни. Мичъл изчислява, че тяло с радиус 500 пъти по-голям от този на Слънцето, и със същата плътност, би имало на повърхността си втора космическа скорост, равна на скоростта на светлината и, следователно, би било невидимо.
През 1796 френският математик Пиер-Симон Лаплас предлага същата идея в първото и второто издание на книгата си Exposition du Systeme du Monde.Тя изчезва в следващите издания на книгата. Идеята за черни дупки не привлича голямо внимание през 19 век, тъй като светлината се счита за безмасова вълна, която не се влияе от гравитацията.
През 1915 Алберт Айнщайн излага общата теория на относителността. В нея той излага хипотезата, че нормалното пространство и, като следствие, пътят на светлинните лъчи се изкривява в близост до големи гравитационни обекти. Няколко месеца по-късно Карл Шварцшилд дава решение за гравитационното поле на точкова маса, показвайки, че това, което днес наричаме черна дупка, може да съществува теоретично. Радиусът на Шварцшилд е известен в наши дни като радиусът на невъртяща се черна дупка, но не е добре разбран по това време. Самият Шварцшилд не му е придавал физически смисъл.
През 1920-те Субраманиан Чандрасекар твърди, че според специалната теория на относителността неизлъчващо тяло над определена маса, известна днес като граница на Чандрасекар, би колапсирало. Известният по това време астроном Артър Едингтън се противопоставя на това твърдение, смятайки, че нещо неизбежно би предотвратило такъв колапс.
През 1939 Робърт Опенхаймер и Снайдер предвиждат, че масивни звезди могат да претърпят драматичен гравитационен колапс. Известно време тези обекти са наричани замръзнали звезди, тъй като колапсът би се наблюдавал като бързо забавяне и силно почервеняване около радиуса на Шварцшилд. Въпреки това тези хипотетични обекти не са предмет на голям теоретичен интерес до края на 60-те години на ХХ век.
Интересът към обекти, претърпели гравитационен колапс, оживява през 1967 с откритието на пулсарите. За пръв път изразът "черна дупка" се употребява от физика-теоретик Джон Уилър. До този момент понякога се използва термина черна звезда.
Тъй като нищо не може да напусне черната дупка, то не е възможно наблюдател извън нея да добие информация за процеси, ставащи във вътрешността и. Черните дупки нямат наблюдаеми външни свойства, които да могат да бъдат използвани, за да се определи какво става във вътрешността им. Според класическата обща теория на относителността, черните дупки могат да бъдат характеризирани изцяло с три параметъра — маса, момент на импулса и електрически заряд.
Обичайното разбиране за черните дупки се базира на идеята за пространство-време от общата теория на относителността, тъй като най-важните им свойства са свързани с изкривяване на геометрията на окръжаващото ги време-пространство. Идеята за липса на индивидуални отличителни белези на черните дупки се заражда първоначално като предположение направено от Бакенщайн, по-късно потвърдено от Картър, Вернер Израел, Робинсън и Хокинг и придобива известност като „теорема за липса на коса“. Нейно следствие е може би безвъзратното загубване на информация зад непреодолимата граница на хоризонта на събитията. Запазването на изобщо някакви характеристики се обяснява с определянето им чрез далекодействащи полета, а именно — гравитационно (маса, момент на импулса) и електромагнитно (електричен заряд).
Въображаемата сферична повърхнина, ограждаща цялата маса на черната дупка се нарича хоризонт на събитията. На хоризонта на събитията втора космическа скорост е равна на скоростта на светлината. По този начин нищо от вътрешната страна на хоризонта на събитията, включително фотоните, не може да преодолее хоризонта на събитията поради извънредно силното гравитационно поле. Частици извън тази област могат да падат вътре, пресичайки хоризонта на събитията, без да могат отново да го напуснат.
Изкривяването на време-пространството в силни гравитационни полета води до забавяне на времето. Това явление е установено експериментално през 1976.В близост до черна дупка, забавянето на времето се увеличава силно. От гледна точка на външен наблюдател изглежда, че е необходимо безкрайно дълго време за приближаване на обект до хоризонта на събитията, в който момент светлината, идваща от него е безкрайно червено-отместена. За отдалечен наблюдател изглежда, че обектът, падайки все по-бавно, доближава, но никога не достига, хоризонта на събитията. От гледна точка на самия падащ обект, обаче, времето за достигане на хоризонта на събитията и достигане на сингулярността е крайно.
Широко разпространена заблуда е, че обекти извън хоризонта на събитията се „засмукват“. Тяло, извън хоризонта на събитията, ще изпитва същото гравитационно въздействие от черната дупка, като от кое да е тяло с такава маса (съществуват звезди, по-масивни от някои черни дупки). При превръщането си в черна дупка, звездата не печели маса - т.е. масата на черната дупка е равна на тази на прогенитора и.
В центъра на хоризонта на събитията съществува сингулярност, място, където според общата теория на относителността, пространство-времето има безкрайна кривина (т.е. гравитацията става безкрайно силна). Пространството във вътрешността на хоризонта на времето е особено с това, че сингулярността е буквално единственото възможно бъдеще, така че всички частици трябва да се движат към нея. Това означава, че има концептуална неточност в нерелативистичната идея за черна дупка, предложена първоначално от Джон Мичъл през 1783. Според него втора космическа скорост е равна на скоростта на светлината, но все пак е теоретично възможно от черната дупка да бъде изваден обект (например като се изтегли с въже). Общата теория на относителността елиминира тази възможност, защото след влизането му отвъд хоризонта на събитията, времевата линия на обекта съдържа крайна точка на самото време и никоя възможна мирова линия не пресича хоризонта на събитията.
Очаква се, че бъдещи уточнения или заместители на общата теория на относителността (особено квантова теория на гравитацията) ще променят сегашните възгледи за същността на черните дупки. Повечето теоретици интерпретират математическата сингулярност на уравненията като признак за непълнотата на сегашната теория и смятат, че в близост до сингулярността се появяват нови неизвестни явления.
Според теорията хоризонтът на събитията на черна дупка, която не се върти, е сферичен, а сингулярността и (казано неформално) е точка. Ако черната дупка има момент на импулса, наследен от звезда, въртяща се в момента на колапса си, тя започва да увлича пространство-времето около хоризонта на събитията в ефект, известен като гравитомагнетизъм (англ. Frame-Dragging). Въртящата се област около хоризонта на събитията се нарича ергосфера и има елипсоидна форма. Тъй като ергосферата се намира извън хоризонта на събитията, е възможно съществуването на обекти в нея, без задължително да падат в дупката. Въпреки това, поради движението на самото пространство-време в ергосферата, за тези обекти е невъзможно да остават на постоянно място. Обектите в ергосферата могат при определени обстоятелства да бъдат изхвърлени навън с голяма скорост, извличайки енергия (и ъглов момент) от дупката, откъдето идва и наименованието ергосфера („сфера на работа“).
През 1971 Стивън Хокинг показва, че общата площ на хоризонта на събитията на произволна група класически черни дупки не може да намалява. Това звучи много подобно на Втория принцип на термодинамиката, като площта играе ролята на ентропия. Якоб Бекенщайн предполага, че ентропията на черната дупка наистина е пропорционална на площта на нейния хоризонт на събитията. През 1974 Хокинг прилага квантовата теория на полето към полукласическо изкривено пространство-време и установява, че черните дупки могат да излъчват топлинни лъчи, известни като лъчение на Хокинг. Това му дава възможност да изчисли ентропията, която наистина е пропорционална на площта, потвърждавайки хипотезата на Бекенщайн. По-късно е установено, че черните дупки са обекти с максимална ентропия, което означава, че максималната ентропия на част от пространството е ентропията на най-голямата черна дупка, която може да се събере в него. Това довежда до хипотезата за холографския принцип.
Лъчението на Хокинг се генерира точно извън хоризонта на събитията и не носи информация за вътрешността и. Все пак това означава, че черните дупки не са напълно черни. Нещо повече, от ефекта следва, че черните дупки бавно се изпаряват с времето. Въпреки че тези ефекти са пренебрежими за обекти с астрономически размери, те са значителни за хипотетично много малки черни дупки, където преобладават квантовите ефекти. Очаква се малките черни дупки да претърпят бързо изпарение и да изчезнат в експлозия на радиация. Следователно всяка черна дупка, която не може да консумира нова маса, има крайно време на живот, което е функция от масата и.
На 21 юли 2004 Стивън Хокинг представя нов довод за това, че черните дупки евентуално излъчват информация за това, което са погълнали, обръщайки предишната си позиция за загубата на информация. Той предполага, че квантовите пертурбации на хоризонта на събитията могат да позволят на информация да излезе от черната дупка, което да повлияе на радиацията на Хокинг. Теорията все още се обсъжда и, ако бъде приета, вероятно би разрешила информационния парадокс на черните дупки. Междувременно съобщението предизвиква силно внимание сред медиите.
Да си представим, че злощастен космонавт пада радиално към центъра на проста шварцшилдова (невъртяща се) черна дупка. Колкото повече се приближава към хоризонта на събитията, толкова по-дълго е нужно на излъчваните от него фотони да излязат от гравитационното поле на черната дупка. Далечен наблюдател би видял как спускането на космонавта се забавя, докато приближава хоризонта на събитията, като че ли без никога да го достига.
Въпреки това в собствената си отправна система космонавтът ще пресече хоризонта на събитията и ще достигне сингулярността в краен период от време. След пресичането на хоризонта, той вече няма да може да бъде наблюдаван от външната вселена. Докато пада, той ще забележи как краката му постепенно стават все повече червено-отместени, докато станат невидими. При доближаване до сингулярността, градиентът на гравитационното поле от главата до краката му ще стане значителен и той ще се чувства разтегнат и, в крайна сметка, разкъсан. Този процес е известен като спагетизация. В близост до сингулярността градиентът става достатъчно голям, за да разкъсва атоми. Точката, в която тези приливни сили стават фатални, зависи от размера на черната дупка. За много голяма черна дупка, като предполагаемо намиращите се в центъра на галактиките, точката се намира доста навътре от хоризонта на събитията, така че космонавтът може да го премине безболезнено. Обратно, при малка черна дупка тези приливни ефекти могат да станат фатални дълго преди достигането на хоризонта на събитията.
Общата теория на относителността, както и повечето други метрични теории за гравитацията, не само твърди, че черни дупки могат да съществуват, но всъщност предвижда, че те ще се образуват в природата, стига достатъчно маса да се натрупа в дадена област от пространството, чрез процес, наречен гравитационен колапс. С натрупването на маса в определена област от време-пространството, гравитацията и става все по-силна или, в релативистична терминология, пространството около нея все по-силно се деформира. Когато втора космическа скорост на дадено разстояние от центъра достигне скоростта на светлината, там се образува хоризонт на събитията, вътре в който масата неизбежно пада към една точка, образувайки сингулярност.
Количественият анализ на тази идея довежда до предвиждането, че звезда с маса, около три пъти по-голяма от тази на Слънцето, почти неизбежно би достигнала момент в своята еволюция, когато, изразходвала всичкото си ядрено гориво, би се свила до критичния размер, необходим за гравитационен колапс. След като той започне, колапсът не може да бъде спрян от никаква физическа сила и възниква черна дупка.
Звездният колапс би генерирал черни дупки, съдържащи поне три слънчеви маси. По-малки черни дупки могат да възникнат, само ако материята им е подложена на достатъчен натиск от източник, различен от собствената им гравитация. Смята се, че огромните напрежения, необходими за това, са съществували в най-ранните стадии от образуването на Вселената, създавайки първични черни дупки с маси, по-малки дори от тази на Слънцето.
Също е възможно образуването на свръхмасивни черни дупки, съдържащи милиони и милиарди слънчеви маси, когато голям брой звезди са групирани в сравнително малка област в пространството или чрез падане на голямо количество маса в черна дупка, или чрез многократно сливане на по-малки черни дупки. Смята се, че необходимите за това условия съществуват в центъра на всички галактики, включително нашия Млечен път.
Според теорията черните дупки не могат да бъдат открити по светлината, която се излъчва или отразява от материята вътре в тях. Те все пак могат да се забележат чрез явленията около тях, като гравитационните лещи или звезди, които изглежда, че се въртят около пространство, където няма видима материя.
Смята се, че най-очевидните ефекти са при падането на материя в черна дупка, която (подобно на вода, изтичаща в канализацията) се очаква да се събира в извънредно горещ и бързо въртящ се акреционен диск около обекта преди да бъде погълнат от него. Триенето между съседните зони на диска го нагорещява извънредно и той излъчва големи количества рентгенови лъчи. Това нагряване е особено ефективно и може да превърне около 50% от масата на даден обект в радиация. За сравнение ядреният синтез може да преобразува само няколко процента от масата. Други предвидени ефекти са тънките струи от частици с релативни скорости, изхвърлени по протежение на оста на диска.
От друга страна акреционни дискове, струи и орбитиращи обекти се наблюдават не само около черните дупки, но и около други обекти, например неутронни звезди. Динамиката на телата около тези обекти е до голяма степен, макар и не напълно, идентична с динамиката на телата около черните дупки. Затова обикновено наблюденията на акреционни дискове и орбитални движения просто показват мястото на компактен обект с определена маса и не говорят много за природата на този обект. Идентификацията на даден обект като черна дупка изисква допускането, че никой друг обект или свързана система обекти не може да бъде толкова масивен и компактен. Повечето астрофизици приемат това, тъй като според общата теория на относителността всяка концентрация на маса с достатъчна плътност трябва да колабира в черна дупка.
Важна наблюдаема разлика между черните дупки и други компактни масивни обекти е, че всяка падаща върху вторите материя би се сблъскала с тях при релативна скорост, предизвиквайки неравномерни избухвания от рентгенови лъчи и друга силна радиация. Така липсата на такива избухвания около компактна концентрация на маса свидетелства, че обектът е черна дупка.
Днес има голямо количество непреки астрономически наблюдения на черни дупки в два обхвата на масите:
звездна черна дупка с маси на типична звезда (4 до 15 пъти тази на Слънцето)
свръхмасивни черни дупки с маси може би 1% от масата на типична галактика
Освен това има известни свидетелства за черни дупки с междинни маси, с няколко хиляди слънчеви маси. Те може би са в основата на образуването на свръхмасивните черни дупки.
Кандидатите за черни дупки със звездна маса се идентифицират най-вече чрез наличието на акреционни дискове със съответния размер и скорост и без неравномерните избухвания, които се очакват при дискове около други компактни обекти. Черните дупки със звездна маса може би участват в изригвания на гама-лъчи, въпреки че наблюденията на такива изригвания, свързани с образуването на свръхнови, намаляват вероятността от такава връзка.
Първите кандидати за масивни черни дупки са активните галактични ядра и квазарите, открити от радиоастрономите през 1960-те. Ефективното преобразуване на маса в енергия при триенето в акреционния диск на черна дупка изглежда е единственото обяснение за изобилната енергия, генерирана от такива обекти. След наблюдения на движенията на звезди около центъра на галактиките през 1980-те се предполага, че свръхмасивни черни дупки съществуват в центъра на повечето галактики, включително Млечния път. Sagittarius A* днес се приема за най-правдоподобният кандидат за място на свръхмасивна черна дупка в центъра на Млечния път.
Днес се счита, че всички галактики могат да имат свръхмасивни черни дупки в своя център и че тази черна дупка поглъща газ и прах, генерирайки огромни количества електромагнитно лъчение, докато цялата близка маса бъде погълната и процесът спре. Това обяснява и защо в близост до тях няма квазари. Въпреки че детайлите все още не са изяснени, изглежда растежът на черната дупка е тясно свързан с растежа на сфероидния компонент (елиптична галактика или струпването на спирална галактика), в който тя пребивава. Интересно е, че няма свидетелства за масивни черни дупки в центъра на кълбовидните звездни купове, което предполага, че те са коренно различни от галактиките.
Има някои предпазливи сведения за образуването на малки черни дупки на Земята в ускорители за частици, но това все още не е потвърдено. До момента няма наблюдавани кандидати за първични черни дупки.
През 2004 е открито предполагаемо струпване на черни дупки, което разширява разбирането ни за разпределението на черните дупки във Вселената. Това откритие предизвиква значително преразглеждане на възгледите на учените за броя на черните дупки - очакваният брой нараства петкратно.
През юли 2004 астрономи откриват обект, за който предполагат, че е гигантската черна дупка Q0906+6930 в центъра на галактика в съзвездието Голяма мечка. Размерът и оценките за възрастта на черната дупка могат да помогнат за определянето на възрастта на Вселената.
През ноември 2004 група астрономи съобщава за откритието на първата черна дупка с междинна маса в нашата Галактика, движеща се по орбита на разстояние три светлинни години от Sagittarius A*. Тази черна дупка с маса 1 300 пъти по-голяма от Слънцето е в един куп от седем звезди, вероятно остатък от масивен звезден куп, откъснат от галактическия център.Това наблюдение може да подкрепи идеята, че супермасивните черни дупки нарастват чрез поглъщане на околните по-малки черни дупки и звезди.
През февруари 2005 е установено че синият гигант SDSS J090745.0+24507 напуска Млечния Път със скорост, два пъти по-голяма от втора космическа скорост (0.0022 от скоростта на светлината). Траекторията на звездата може да бъде проследена назад към ядрото на Галактиката. Високата скорост на тази звезда е в подкрепа на хипотезата за съществуване на супер масивна черна дупка в центъра на Галактиката.
Снимки на черна дупка
Бели дупки
Свръхмасивни черни дупки
Планетите в Слънчевата система
Абонамент за:
Публикации (Atom)
Незабравима почивка на Остров Мавриций - втория Рай
Наричат го петзвезден рай, остров-мечта... Остров Мавриций е едно от най-престижните и луксозни места в света за пълноценен релакс и почивка. Една наистина разкошна и незабравима spa дестинация...Прочети повече...
Хамелеон живее в устата на змия
В Африка бе открит нов вид хамелеон, който живее в устата на змия, съобщи Daily Mail.Миниатюрният гущер излязъл от устата на змия, която д-р Андрю Маршъл от Йорксия университет, Великобритания, обезпокоил в гората Магомбера в Танзания..Прочети повече...
Откриха планета подобна на Земята
Японски астрономи са започнали систематично да търсят високоразвита цивилизация на откритата неотдавна планета извън Слънчевата система...Прочети повече...
