Što je crna rupa? Crna rupa u svemiru

Tajanstvene i nedostižne crne rupe. Zakoni fizike potvrđuju mogućnost njihova postojanja u svemiru, ali još uvijek postoje mnoga pitanja. Brojna promatranja pokazuju da u svemiru postoje rupe i da postoji više od milijun takvih objekata.

Što su crne rupe?

Davne 1915. godine, prilikom rješavanja Einsteinovih jednadžbi, predviđen je fenomen poput "crnih rupa". No, znanstvena se zajednica za njih zainteresirala tek 1967. godine. Tada su ih zvali "srušene zvijezde", "smrznute zvijezde".

U današnje vrijeme crna rupa je područje vremena i prostora koje ima takvu gravitaciju da čak ni zraka svjetlosti ne može pobjeći iz nje.

Kako nastaju crne rupe?

Postoji nekoliko teorija o nastanku crnih rupa koje se dijele na hipotetske i realne. Najjednostavnija i najraširenija realna je teorija gravitacijskog kolapsa velikih zvijezda.

Kada dovoljno masivna zvijezda, prije "smrti", poraste u veličini i postane nestabilna, trošeći svoje posljednje gorivo. U isto vrijeme, masa zvijezde ostaje nepromijenjena, ali se njezina veličina smanjuje kako dolazi do tzv. zgušnjavanja. Drugim riječima, kada se zbije, teška jezgra "pada" u sebe. Paralelno s tim, zbijanje dovodi do naglog porasta temperature unutar zvijezde i otkidanja vanjskih slojeva nebeskog tijela iz kojih nastaju nove zvijezde. U isto vrijeme, u središtu zvijezde, jezgra pada u vlastito "središte". Kao rezultat djelovanja gravitacijskih sila središte se urušava do točke – odnosno gravitacijske sile su toliko jake da apsorbiraju zbijenu jezgru. Tako nastaje crna rupa koja počinje iskrivljavati prostor i vrijeme tako da iz nje ne može pobjeći ni svjetlost.

U središtu svih galaksija je supermasivna crna rupa. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti:

“Svaka masa iskrivljuje prostor i vrijeme.”

Sada zamislite koliko crna rupa iskrivljuje vrijeme i prostor, jer je njena masa enormna, a u isto vrijeme stisnuta u ultramali volumen. Ova sposobnost uzrokuje sljedeće neobičnosti:

“Crne rupe imaju sposobnost praktički zaustaviti vrijeme i sabiti prostor. Zbog ove ekstremne distorzije, rupe nam postaju nevidljive.”

Ako crne rupe nisu vidljive, kako znamo da postoje?

Da, iako je crna rupa nevidljiva, trebala bi biti uočljiva zbog materije koja upada u nju. Kao i zvjezdani plin koji privlači crna rupa; kada se približi horizontu događaja, temperatura plina počinje rasti do ultra visokih vrijednosti, što dovodi do sjaja. Zbog toga crne rupe svijetle. Zahvaljujući ovom, iako slabom, sjaju, astronomi i astrofizičari objašnjavaju prisutnost u središtu galaksije objekta malog volumena, ali ogromne mase. Trenutno je, kao rezultat promatranja, otkriveno oko 1000 objekata koji su po ponašanju slični crnim rupama.

Crne rupe i galaksije

Kako crne rupe mogu utjecati na galaksije? Ovo pitanje muči znanstvenike diljem svijeta. Postoji hipoteza prema kojoj upravo crne rupe smještene u središtu galaksije utječu na njezin oblik i evoluciju. I da kada se dvije galaksije sudare dolazi do spajanja crnih rupa i tijekom tog procesa oslobađa se tolika količina energije i materije da nastaju nove zvijezde.

Vrste crnih rupa

• Prema postojećoj teoriji, postoje tri vrste crnih rupa: zvjezdane, supermasivne i minijaturne. I svaki od njih formiran je na poseban način.
• - Crne rupe zvjezdanih masa, narastu do enormnih veličina i propadnu.
  - Supermasivne crne rupe, koje mogu imati masu ekvivalentnu milijunima Sunaca, vjerojatno postoje u središtima gotovo svih galaksija, uključujući našu Mliječnu stazu. Znanstvenici još uvijek imaju različite hipoteze o nastanku supermasivnih crnih rupa. Zasad se zna samo jedno - supermasivne crne rupe nusproizvod su nastanka galaksija. Supermasivne crne rupe - razlikuju se od običnih po tome što imaju vrlo veliku veličinu, ali paradoksalno nisku gustoću.
• - Nitko još nije uspio detektirati minijaturnu crnu rupu koja bi imala masu manju od Sunca. Moguće je da su minijaturne rupe nastale nedugo nakon "Velikog praska", što je točan početak postojanja našeg svemira (prije oko 13,7 milijardi godina).
• - Nedavno je uveden novi koncept kao “bijele crne rupe”. Ovo je još uvijek hipotetska crna rupa, što je suprotnost crnoj rupi. Stephen Hawking aktivno je proučavao mogućnost postojanja bijelih rupa.
• - Kvantne crne rupe - zasad postoje samo u teoriji. Kvantne crne rupe mogu nastati kada se ultra-male čestice sudare kao rezultat nuklearne reakcije.
• - Primarne crne rupe također su teorija. Nastale su odmah nakon nastanka.

Trenutno postoji veliki broj otvorena pitanja na koja tek trebaju odgovoriti budući naraštaji. Primjerice, mogu li doista postojati takozvane “crvotočine” uz pomoć kojih se može putovati kroz prostor i vrijeme. Što se točno događa unutar crne rupe i kojim se zakonima te pojave pokoravaju. A što je s nestankom informacija u crnoj rupi?

Crne rupe su neki od najmoćnijih i najmisterioznijih objekata u svemiru. Nastaju nakon razaranja zvijezde.

NASA je sastavila niz zapanjujućih slika navodnih crnih rupa u beskrajnom svemiru.

Ovdje je fotografija obližnje galaksije Centaurus A koju je snimio Chandra X-Ray Observatory. Ovo pokazuje utjecaj supermasivne crne rupe unutar galaksije.

NASA je nedavno objavila da se crna rupa rađa iz eksplodirajuće zvijezde u obližnjoj galaksiji. Prema Discovery Newsu, ova se rupa nalazi u galaksiji M-100, udaljenoj 50 milijuna godina od Zemlje.

Evo još jedne vrlo zanimljive fotografije iz zvjezdarnice Chandra koja prikazuje galaksiju M82. NASA vjeruje da bi ovo na slici moglo biti polazište za dvije supermasivne crne rupe. Istraživači sugeriraju da će formiranje crnih rupa početi kada zvijezde iscrpe svoje resurse i izgore. Zdrobit će ih vlastita gravitacijska težina.

Znanstvenici postojanje crnih rupa povezuju s Einsteinovom teorijom relativnosti. Stručnjaci koriste Einsteinovo razumijevanje gravitacije kako bi odredili ogromnu gravitacijsku silu crne rupe. Na predstavljenoj fotografiji, informacije iz Chandra X-Ray Observatorija odgovaraju slikama dobivenim iz svemirskog teleskopa Hubble. Nasa vjeruje da se ove dvije crne rupe spiralno kreću jedna prema drugoj već 30 godina, a s vremenom bi mogle postati jedna velika crna rupa.

Ovo je najjača crna rupa u kozmičkoj galaksiji M87. Subatomske čestice koje se kreću gotovo brzinom svjetlosti pokazuju da se u središtu ove galaksije nalazi supermasivna crna rupa. Vjeruje se da je "upio" materiju jednaku 2 milijuna naših sunaca.

NASA vjeruje da ova slika prikazuje dvije supermasivne crne rupe koje se sudaraju i formiraju sustav. Ili se radi o takozvanom "efektu praćke", uslijed kojeg nastaje sustav od 3 crne rupe. Kada su zvijezde supernove, one imaju sposobnost kolapsa i ponovnog formiranja, što rezultira stvaranjem crnih rupa.

Ovaj umjetnički prikaz prikazuje crnu rupu koja usisava plin iz obližnje zvijezde. Crna rupa je ove boje jer je njeno gravitacijsko polje toliko gusto da upija svjetlost. Crne rupe su nevidljive, pa znanstvenici samo nagađaju o njihovom postojanju. Njihova veličina može biti jednaka veličini samo 1 atoma ili milijardi sunaca.

Ovaj umjetnički prikaz prikazuje kvazar, koji je supermasivna crna rupa okružena rotirajućim česticama. Ovaj kvazar nalazi se u središtu galaksije. Kvazari su u ranim fazama formiranja crnih rupa, ali ipak mogu postojati milijardama godina. Ipak, vjeruje se da su nastali u davnim razdobljima svemira. Pretpostavlja se da su svi "novi" kvazari jednostavno bili skriveni od našeg pogleda.

Teleskopi Spitzer i Hubble uhvatili su lažno obojene mlazove čestica koje izlaze iz ogromne, snažne crne rupe. Vjeruje se da se ti mlazovi protežu preko 100.000 svjetlosnih godina svemira, koliko je velik Mliječni put naše galaksije. Različite boje pojavljuju iz različitih svjetlosnih valova. U našoj galaksiji postoji moćna crna rupa, Strijelac A. Nasa vjeruje da je njena masa jednaka 4 milijuna naših sunaca.

Ova slika prikazuje mikrokvazar, za koji se smatra da je manja crna rupa iste mase kao zvijezda. Kad biste upali u crnu rupu, prešli biste vremenski horizont na njezinoj granici. Čak i ako vas ne zgnječi gravitacija, nikada se nećete vratiti iz crne rupe. Bit će nemoguće vidjeti vas unutra mračni prostor. Svaki putnik u crnu rupu bit će rastrgan silom gravitacije.

Hvala vam što ste svojim prijateljima rekli za nas!

Crna rupa je posebno područje u svemiru. Ovo je određena nakupina crne tvari, sposobna uvući u sebe i apsorbirati druge objekte u svemiru. Fenomen crnih rupa još uvijek nije. Svi dostupni podaci samo su teorije i pretpostavke znanstvenika astronoma.

Naziv "crna rupa" skovao je znanstvenik J.A. Wheeler 1968. na Sveučilištu Princeton.

Postoji teorija da su crne rupe zvijezde, ali neobične, poput neutronskih. Crna rupa - - jer ima vrlo visoku gustoću luminiscencije i ne šalje apsolutno nikakvo zračenje. Dakle, nije nevidljiv ni u infracrvenom, ni u x-zrakama, ni u radio-zrakama.

Francuski astronom P. Laplace otkrio je ovu situaciju 150 godina prije crnih rupa. Prema njegovim argumentima, ako ima gustoću jednaku gustoći Zemlje i promjer 250 puta veći od promjera Sunca, tada ne dopušta svjetlosnim zrakama da se šire kroz svemir zbog svoje gravitacije, te stoga ostaje nevidljiv. Stoga se pretpostavlja da su crne rupe najmoćniji emitirajući objekti u svemiru, ali nemaju čvrstu površinu.

Svojstva crnih rupa

Sva pretpostavljena svojstva crnih rupa temelje se na teoriji relativnosti koju je u 20. stoljeću izveo A. Einstein. Svaki tradicionalni pristup proučavanju ovog fenomena ne daje nikakvo uvjerljivo objašnjenje za fenomen crnih rupa.

Glavno svojstvo crne rupe je sposobnost savijanja vremena i prostora. Svaki pokretni objekt uhvaćen u svom gravitacijskom polju neizbježno će biti uvučen, jer... u tom slučaju se oko objekta pojavljuje gusti gravitacijski vrtlog, neka vrsta lijevka. Istodobno se transformira koncept vremena. Znanstvenici su, proračunski, još uvijek skloni zaključiti da crne rupe nisu nebeska tijela u općeprihvaćenom smislu. To su zapravo nekakve rupe, crvotočine u vremenu i prostoru, sposobne ga mijenjati i zbijati.

Crna rupa je zatvoreno područje prostora u koje je sabijena materija i iz kojeg ništa ne može pobjeći, pa ni svjetlost.

Prema izračunima astronoma, uz moćno gravitacijsko polje koje postoji unutar crnih rupa, niti jedan objekt ne može ostati neozlijeđen. Odmah će biti rastrgan na milijarde komadića prije nego uopće uđe unutra. No, to ne isključuje mogućnost razmjene čestica i informacija uz njihovu pomoć. A ako crna rupa ima masu barem milijardu puta veću od mase Sunca (supermasivna), onda je teoretski moguće da se objekti kreću kroz nju, a da ih gravitacija ne rastrga.

Naravno, ovo su samo teorije, jer su istraživanja znanstvenika još predaleko od razumijevanja koje procese i mogućnosti kriju crne rupe. Sasvim je moguće da bi se nešto slično moglo dogoditi i u budućnosti.

Da bi nastala crna rupa, potrebno je sabiti tijelo do određene kritične gustoće tako da polumjer sabijenog tijela bude jednak njegovom gravitacijskom polumjeru. Vrijednost te kritične gustoće obrnuto je proporcionalna kvadratu mase crne rupe.

Za tipičnu crnu rupu zvjezdane mase ( M=10M Sunce) gravitacijski radijus je 30 km, a kritična gustoća je 2·10 14 g/cm 3, odnosno dvjesto milijuna tona po kubnom centimetru. Ta je gustoća vrlo visoka u usporedbi s prosječnom gustoćom Zemlje (5,5 g/cm3), jednaka je gustoći tvari atomske jezgre.

Za crnu rupu u galaktičkoj jezgri ( M=10 10 M sunce) gravitacijski radijus je 3·10 15 cm = 200 AJ, što je pet puta udaljenost od Sunca do Plutona (1 astronomska jedinica - prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca - jednaka je 150 milijuna km ili 1,5·10 13 cm). Kritična gustoća u ovom slučaju iznosi 0,2·10 –3 g/cm 3 , što je nekoliko puta manje od gustoće zraka koja iznosi 1,3·10 –3 g/cm 3 (!).

Za Zemlju ( M=3·10 –6 M Sunce), gravitacijski radijus je blizu 9 mm, a odgovarajuća kritična gustoća je monstruozno visoka: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, što je 13 redova veličine više od gustoće atomske jezgre.

Ako uzmemo neku zamišljenu kuglastu prešu i sabijemo Zemlju, zadržavajući njenu masu, onda kada smanjimo radijus Zemlje (6370 km) za četiri puta, njena druga izlazna brzina će se udvostručiti i postati jednaka 22,4 km/s. Ako Zemlju sabijemo tako da njezin radijus postane približno 9 mm, tada će druga kozmička brzina poprimiti vrijednost jednaku brzini svjetlosti. c= 300000 km/s.

Nadalje, preša neće biti potrebna - Zemlja, stisnuta do takve veličine, već će se sama stisnuti. Na kraju će na mjestu Zemlje nastati crna rupa čiji će radijus horizonta događaja biti blizu 9 mm (ako zanemarimo rotaciju nastale crne rupe). U stvarnim uvjetima, naravno, nema super-moćnog tiska - gravitacija "radi". Zbog toga crne rupe mogu nastati samo tijekom kolapsa unutarnji dijelovi vrlo masivne zvijezde kod kojih je gravitacija dovoljno jaka da sabije materiju do kritične gustoće.

Evolucija zvijezda

Crne rupe nastaju u završnim fazama evolucije masivnih zvijezda. U dubinama običnih zvijezda dolazi do termonuklearnih reakcija, oslobađa se ogromna energija i održava se visoka temperatura (desetke i stotine milijuna stupnjeva). Gravitacijske sile nastoje sabiti zvijezdu, a sile pritiska vrućeg plina i zračenja odupiru se tom sabijanju. Dakle, zvijezda je u hidrostatskoj ravnoteži.

Osim toga, zvijezda može postojati u toplinskoj ravnoteži, kada je oslobađanje energije uslijed termonuklearnih reakcija u njezinom središtu točno jednako snazi ​​koju zvijezda emitira s površine. Kako se zvijezda skuplja i širi, toplinska ravnoteža se remeti. Ako zvijezda miruje, tada se njezina ravnoteža uspostavlja tako da negativna potencijalna energija zvijezde (energija gravitacijske kompresije) apsolutna vrijednost uvijek dvostruko veću toplinsku energiju. Zbog toga je zvijezda nevjerojatna nekretnina- negativni toplinski kapacitet. Obična tijela imaju pozitivan toplinski kapacitet: zagrijani komad željeza, hladeći se, odnosno gubeći energiju, snižava svoju temperaturu. Za zvijezdu je suprotno: što više energije gubi u obliku zračenja, to je viša temperatura u njezinu središtu.

Ova na prvi pogled neobična osobina ima jednostavno objašnjenje: zvijezda se, dok zrači, polako skuplja. Tijekom kompresije potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju padajućih slojeva zvijezde, a njena unutrašnjost se zagrijava. Štoviše Termalna energija, koju zvijezda stekne kao rezultat kompresije, dvostruko je veća od energije izgubljene u obliku zračenja. Kao rezultat toga, temperatura u unutrašnjosti zvijezde raste i dolazi do kontinuirane termonuklearne fuzije. kemijski elementi. Na primjer, reakcija pretvaranja vodika u helij na trenutnom Suncu događa se na temperaturi od 15 milijuna stupnjeva. Kada se za 4 milijarde godina u središtu Sunca sav vodik pretvori u helij, daljnja sinteza atoma ugljika iz atoma helija zahtijevat će znatno višu temperaturu, oko 100 milijuna stupnjeva ( električno punjenje Ima dvostruko više jezgri helija nego jezgri vodika, a za približavanje jezgri helija na udaljenost od 10-13 cm potrebna je mnogo viša temperatura). Upravo će ta temperatura biti osigurana zbog negativnog toplinskog kapaciteta Sunca do trenutka kada se u njegovim dubinama razbukta termonuklearna reakcija pretvaranja helija u ugljik.

Bijeli patuljci

Ako je masa zvijezde mala, tako da je masa njezine jezgre pod utjecajem termonuklearnih transformacija manja od 1,4 M Sunca, termonuklearna fuzija kemijskih elemenata može prestati zbog tzv. degeneracije elektronskog plina u jezgri zvijezde. Konkretno, tlak degeneriranog plina ovisi o gustoći, ali ne ovisi o temperaturi, budući da je energija kvantnih gibanja elektrona puno veća od energije njihova toplinskog gibanja.

Visoki tlak degeneriranog elektronskog plina učinkovito se suprotstavlja silama gravitacijske kompresije. Budući da tlak ne ovisi o temperaturi, gubitak energije zvijezde u obliku zračenja ne dovodi do kompresije njezine jezgre. Posljedično, gravitacijska energija se ne oslobađa kao dodatna toplina. Stoga se temperatura u evoluirajućoj degeneriranoj jezgri ne povećava, što dovodi do prekida lanca termonuklearnih reakcija.

Vanjska vodikova ljuska, na koju ne utječu termonuklearne reakcije, odvaja se od jezgre zvijezde i formira planetarnu maglicu koja svijetli u emisijskim linijama vodika, helija i drugih elemenata. Središnja kompaktna i relativno vruća jezgra evoluirane zvijezde male mase je bijeli patuljak - objekt s radijusom reda veličine polumjera Zemlje (~10 4 km), mase manje od 1,4 M sunca i prosječne gustoće od oko tone po kubnom centimetru. Bijeli patuljci se uočavaju u velikom broju. Njihov ukupan broj u Galaksiji doseže 10 10, odnosno oko 10% ukupne mase vidljive materije Galaksije.

Termonuklearno izgaranje u degeneriranom bijelom patuljku može biti nestabilno i dovesti do nuklearne eksplozije dovoljno masivnog bijelog patuljka s masom blizu takozvane Chandrasekharove granice (1,4 M Sunce). Takve eksplozije izgledaju kao supernove tipa I, koje u svom spektru nemaju linije vodika, već samo linije helija, ugljika, kisika i drugih teških elemenata.

Neutronske zvijezde

Ako je jezgra zvijezde degenerirana, tada kako se njezina masa približava granici od 1,4 M Sunca, uobičajena degeneracija plina elektrona u jezgri zamijenjena je tzv. relativističkom degeneracijom.

Kvantna gibanja degeneriranih elektrona postaju toliko brza da se njihove brzine približavaju brzini svjetlosti. U tom slučaju smanjuje se elastičnost plina, smanjuje se njegova sposobnost suprotstavljanja silama gravitacije i zvijezda doživljava gravitacijski kolaps. Tijekom kolapsa, elektrone hvataju protoni i dolazi do neutronizacije tvari. To dovodi do stvaranja neutronske zvijezde iz masivne degenerirane jezgre.

Ako početna masa jezgre zvijezde prelazi 1,4 M sunca, tada se u jezgri postiže visoka temperatura, a degeneracija elektrona ne dolazi tijekom cijele njegove evolucije. U ovom slučaju djeluje negativni toplinski kapacitet: kako zvijezda gubi energiju u obliku zračenja, temperatura u njezinim dubinama raste, a postoji kontinuirani lanac termonuklearnih reakcija koje pretvaraju vodik u helij, helij u ugljik, ugljik u kisik i pa sve do elemenata skupine željeza. Reakcija termonuklearne fuzije jezgri elemenata težih od željeza više se ne odvija oslobađanjem, već apsorpcijom energije. Stoga, ako masa jezgre zvijezde, koja se uglavnom sastoji od elemenata skupine željeza, premašuje Chandrasekharovu granicu od 1,4 M Sunce, ali manje od takozvane Oppenheimer-Volkovljeve granice ~3 M sunca, tada na kraju nuklearne evolucije zvijezde dolazi do gravitacijskog kolapsa jezgre, uslijed čega dolazi do odbacivanja vanjske vodikove ovojnice zvijezde, što se promatra kao eksplozija supernove tipa II, u spektru koje se opažaju snažne vodikove linije.

Kolaps željezne jezgre dovodi do stvaranja neutronske zvijezde.

Kada se masivna jezgra zvijezde koja je dosegla kasnu fazu evolucije stisne, temperatura raste do gigantskih vrijednosti reda milijarde stupnjeva, kada se jezgre atoma počnu raspadati na neutrone i protone. Protoni apsorbiraju elektrone i pretvaraju se u neutrone, emitirajući neutrine. Neutroni se, prema kvantnomehaničkom Paulijevom principu, snažnom kompresijom počinju međusobno učinkovito odbijati.

Kada je masa kolapsirajuće jezgre manja od 3 M Sunca, brzine neutrona znatno su manje od brzine svjetlosti, a elastičnost materije zbog učinkovitog odbijanja neutrona može uravnotežiti gravitacijske sile i dovesti do nastanka stabilne neutronske zvijezde.

Mogućnost postojanja neutronskih zvijezda prvi je predvidio 1932. godine izvanredni sovjetski fizičar Landau odmah nakon otkrića neutrona u laboratorijskim eksperimentima. Radijus neutronske zvijezde je blizu 10 km, njezin prosječna gustoća iznosi stotine milijuna tona po kubnom centimetru.

Kada je masa zvjezdane jezgre u kolapsu veća od 3 M sunca, tada, prema postojećim idejama, nastala neutronska zvijezda, hladeći se, kolabira u crnu rupu. Kolaps neutronske zvijezde u crnu rupu također je olakšan obrnutim padom dijela omotača zvijezde, izbačenog tijekom eksplozije supernove.

Neutronska zvijezda obično rotira brzo jer normalna zvijezda koja ju je rodila može imati značajan kutni moment. Kada jezgra zvijezde kolabira u neutronsku zvijezdu, karakteristične dimenzije zvijezde smanjuju se od R= 10 5 –10 6 km do R≈ 10 km. Kako se veličina zvijezde smanjuje, njezin se moment tromosti smanjuje. Da bi se održao kutni moment, brzina osne rotacije mora se naglo povećati. Na primjer, ako se Sunce, rotirajući s periodom od oko mjesec dana, stisne na veličinu neutronske zvijezde, tada će se period rotacije smanjiti na 10 –3 sekunde.

Pojedinačne neutronske zvijezde s jakim magnetskim poljem manifestiraju se kao radio pulsari - izvori strogo periodičnih impulsa radio emisije koji nastaju kada se energija brze rotacije neutronske zvijezde pretvori u usmjerenu radio emisiju. U binarnim sustavima, akrecirajuće neutronske zvijezde pokazuju fenomen pulsara X-zraka i burster X-zraka tipa 1.

Ne mogu se očekivati ​​striktno periodične pulsacije zračenja crne rupe, budući da crna rupa nema vidljivu površinu i magnetsko polje. Kao što fizičari često kažu, crne rupe nemaju “dlaku” - sva polja i sve nehomogenosti u blizini horizonta događaja emitiraju se kada crna rupa nastane od kolabirajuće materije u obliku struje gravitacijski valovi. Kao rezultat toga, nastala crna rupa ima samo tri karakteristike: masu, kutni moment i električni naboj. Sva pojedinačna svojstva supstance koja se urušava zaboravljaju se kada nastane crna rupa: na primjer, crne rupe nastale od željeza i od vode imaju, pod jednakim uvjetima, iste karakteristike.

Kao što predviđa Opća teorija relativnosti (GR), zvijezde čije mase željezne jezgre na kraju njihove evolucije prelaze 3 M sunce, doživljavaju neograničenu kompresiju (relativistički kolaps) uz nastanak crne rupe. To se objašnjava činjenicom da su u općoj teoriji relativnosti gravitacijske sile koje teže komprimiranju zvijezde određene gustoćom energije, a pri enormnim gustoćama materije koje se postižu tijekom kompresije tako masivne jezgre zvijezde, glavni doprinos gustoći energije više ne čini energija mirovanja čestica, već energija njihova kretanja i međudjelovanja. Ispada da u općoj teoriji relativnosti pritisak tvari pri vrlo visokim gustoćama izgleda kao da "vaga" sam sebe: što je veći tlak, to je veća gustoća energije i, posljedično, veće su gravitacijske sile koje teže komprimirati tvar. Osim toga, pod jakim gravitacijskim poljima, učinci zakrivljenosti prostor-vremena postaju fundamentalno važni, što također doprinosi neograničenoj kompresiji jezgre zvijezde i njezinoj transformaciji u crnu rupu (slika 3).

Zaključno, napominjemo da crne rupe nastale u našoj eri (na primjer, crna rupa u sustavu Cygnus X-1), strogo govoreći, nisu stopostotne crne rupe, budući da zbog relativističke dilatacije vremena za dalekog promatrača, njihovi horizonti događaja još uvijek nisu formirani. Promatraču na Zemlji površine takvih zvijezda u kolapsu izgledaju kao smrznute, beskrajno se približavajući svojim horizontima događaja.

Da bi se crne rupe od takvih kolapsirajućih objekata konačno stvorile, moramo čekati cijelo beskonačno dugo vrijeme postojanja našeg Svemira. Treba, međutim, naglasiti da se već u prvim sekundama relativističkog kolapsa površina kolapsirajuće zvijezde za promatrača sa Zemlje približava vrlo blizu horizontu događaja, te se svi procesi na toj površini beskonačno usporavaju.

Jeste li ikada vidjeli da se pod usisava? Ako je tako, jeste li primijetili kako usisavač usisava prašinu i sitne ostatke poput komadića papira? Naravno da su primijetili. Crne rupe rade gotovo isto što i usisivač, ali umjesto prašine radije usisavaju veće objekte: zvijezde i planete. Međutim, neće prezirati ni kozmičku prašinu.

Kako nastaju crne rupe?

Da bismo razumjeli odakle dolaze crne rupe, bilo bi lijepo znati što je svjetlosni pritisak. Ispostavilo se da svjetlost koja pada na predmete vrši pritisak na njih. Na primjer, ako smo u tamna soba Upalimo li žarulju, na sve osvijetljene predmete počet će djelovati dodatna sila pritiska svjetlosti. Ova sila je vrlo mala, a u Svakidašnjica mi to, naravno, nikada nećemo moći osjetiti. Razlog je taj što je žarulja vrlo slab izvor svjetlosti. (U laboratorijskim uvjetima još uvijek se može izmjeriti svjetlosni tlak žarulje; prvi je to uspio ruski fizičar P. N. Lebedev) Kod zvijezda je situacija drugačija. Dok je zvijezda mlada i sjajno sjaji, u njoj se bore tri sile. S jedne strane, sila gravitacije, koja nastoji sabiti zvijezdu u točku, povlači vanjske slojeve prema unutra prema jezgri. S druge strane, postoji sila pritiska svjetlosti i sila pritiska vrućeg plina, koji nastoje napuhati zvijezdu. Svjetlo proizvedeno u jezgri zvijezde toliko je intenzivno da gura vanjske slojeve zvijezde i uravnotežuje silu gravitacije koja ih vuče prema središtu. Kako zvijezda stari, njezina jezgra proizvodi sve manje svjetlosti. To se događa jer tijekom života zvijezde izgori cjelokupna zaliha vodika, o tome smo već pisali. Ako je zvijezda vrlo velika, 20 puta teža od Sunca, tada su njezine vanjske ljuske vrlo velike mase. Stoga se u teškoj zvijezdi vanjski slojevi počinju pomicati sve bliže i bliže jezgri, a cijela se zvijezda počinje skupljati. Istodobno raste gravitacijska sila na površini zvijezde koja se skuplja. Što se zvijezda više skuplja, to jače počinje privlačiti okolnu materiju. Na kraju, gravitacija zvijezde postaje toliko čudovišno jaka da čak ni svjetlost koju emitira ne može pobjeći. U ovom trenutku zvijezda postaje crna rupa. Više ne emitira ništa, već samo upija sve što je u blizini, uključujući i svjetlost. Iz nje ne izlazi niti jedna zraka svjetlosti, pa je nitko ne vidi, pa se zato i zove crna rupa: sve se usisava i više se ne vraća.

Kako izgleda crna rupa?

Da smo ti i ja pored crne rupe, vidjeli bismo prilično veliki svjetleći disk kako rotira oko malog, potpuno crnog područja svemira. Ovo crno područje je crna rupa. A svjetleći disk oko njega je materija koja pada u crnu rupu. Takav disk se naziva akrecijski disk. Gravitacija crne rupe je vrlo jaka, pa se materija uvučena unutra kreće vrlo velikom akceleracijom i zbog toga počinje zračiti. Proučavajući svjetlost koja dolazi s takvog diska, astronomi mogu naučiti mnogo o samoj crnoj rupi. Drugi neizravni znak postojanja crne rupe je neobično kretanje zvijezda oko određenog područja svemira. Gravitacija rupe tjera obližnje zvijezde da se kreću u eliptičnim orbitama. Takva kretanja zvijezda bilježe i astronomi.
Sada je pozornost znanstvenika usmjerena na crnu rupu koja se nalazi u središtu naše galaksije. Činjenica je da se oblak vodika čija je masa oko 3 puta veća od mase Zemlje približava crnoj rupi. Ovaj oblak je već počeo mijenjati svoj oblik zbog gravitacije crne rupe, u nadolazećim godinama rastegnut će se još više i bit će povučen unutar crne rupe.

Nikada nećemo moći vidjeti procese koji se odvijaju unutar crne rupe, tako da se možemo zadovoljiti samo promatranjem diska oko crne rupe. Ali i ovdje nas čeka puno zanimljivih stvari. Možda je najzanimljiviji fenomen formiranje ultrabrzih mlazeva materije koji izlaze iz središta ovog diska. Mehanizam ovog fenomena tek treba razjasniti, a vrlo je moguće da će netko od vas stvoriti teoriju o nastanku ovakvih mlazova. Za sada možemo registrirati samo bljeskove rendgenskih zraka koji prate takve "snimke".

Ovaj video prikazuje kako crna rupa postupno hvata materijal od obližnje zvijezde. U tom slučaju se oko crne rupe formira akrecijski disk, a dio njegove materije se ogromnim brzinama izbacuje u svemir. To stvara veliku količinu rendgenskog zračenja, koje hvata satelit koji se kreće oko Zemlje.

Kako radi crna rupa?

Crna rupa se može podijeliti u tri glavna dijela. Vanjski dio, u kojem još uvijek možete izbjeći pad u crnu rupu ako se krećete velikom brzinom. Dublje od vanjskog dijela nalazi se horizont događaja - to je zamišljena granica, nakon čijeg prelaska tijelo gubi svaku nadu da će se vratiti iz crne rupe. Sve što je izvan horizonta događaja ne može se vidjeti izvana, jer zbog jake gravitacije ni svjetlost koja se kreće iznutra neće moći preletjeti izvan njega. Vjeruje se da se u samom središtu crne rupe nalazi singularitet - područje prostora malenog volumena u kojem je koncentrirana ogromna masa - srce crne rupe.

Je li moguće doletjeti do crne rupe?

Na velika udaljenost privlačnost crne rupe potpuno je ista kao privlačnost obične zvijezde iste mase kao i masa crne rupe. Kako se približavate horizontu događaja, privlačnost će postajati sve jača i jača. Stoga možete odletjeti do crne rupe, ali bolje je držati se podalje od nje kako biste se mogli vratiti. Astronomi su morali gledati kako crna rupa usisava obližnju zvijezdu unutra. Kako je to izgledalo možete vidjeti u videu:

Hoće li se naše Sunce pretvoriti u crnu rupu?

Ne, neće se okrenuti. Masa Sunca je premala za to. Izračuni pokazuju da zvijezda mora biti najmanje 4 puta masivnija od Sunca da bi postala crna rupa. Umjesto toga, Sunce će postati crveni div i napuhati se otprilike do veličine Zemljine orbite prije nego što odbaci svoj vanjski omotač i postane bijeli patuljak. Svakako ćemo vam reći više o evoluciji Sunca.