Ano ang black hole? Black hole sa kalawakan

Mahiwaga at mailap na black hole. Ang mga batas ng pisika ay nagpapatunay sa posibilidad ng kanilang pag-iral sa uniberso, ngunit maraming mga katanungan ang nananatili. Maraming mga obserbasyon ang nagpapakita na may mga butas sa uniberso at mayroong higit sa isang milyon ng mga bagay na ito.

Ano ang black holes?

Noong 1915, kapag nilulutas ang mga equation ni Einstein, ang kababalaghan ng "black holes" ay hinulaang. Gayunpaman, ang komunidad ng siyensya ay naging interesado lamang sa kanila noong 1967. Tinawag silang "mga gumuhong bituin", "mga frozen na bituin".

Sa ngayon, ang black hole ay isang rehiyon ng oras at espasyo na may gravity na kahit isang sinag ng liwanag ay hindi makatakas dito.

Paano nabuo ang mga itim na butas?

Mayroong ilang mga teorya para sa paglitaw ng mga itim na butas, na nahahati sa hypothetical at makatotohanan. Ang pinakasimple at pinakalaganap na makatotohanan ay ang teorya ng gravitational collapse ng malalaking bituin.

Kapag ang isang sapat na napakalaking bituin, bago ang "kamatayan," ay lumalaki sa laki at nagiging hindi matatag, na nauubos ang huling gasolina nito. Kasabay nito, ang masa ng bituin ay nananatiling hindi nagbabago, ngunit ang laki nito ay bumababa habang nangyayari ang tinatawag na densification. Sa madaling salita, kapag siksik, ang mabigat na core ay "bumagsak" sa sarili nito. Kaayon nito, ang compaction ay humahantong sa isang matalim na pagtaas sa temperatura sa loob ng bituin at ang mga panlabas na layer ng celestial body ay humiwalay, kung saan nabuo ang mga bagong bituin. Kasabay nito, sa gitna ng bituin, ang core ay nahuhulog sa sarili nitong "gitna." Bilang resulta ng pagkilos ng mga puwersa ng gravitational, ang sentro ay bumagsak sa isang punto - iyon ay, ang mga puwersa ng gravitational ay napakalakas na sinisipsip nila ang siksik na core. Ito ay kung paano ipinanganak ang isang black hole, na nagsisimulang baluktutin ang espasyo at oras upang kahit na ang liwanag ay hindi makatakas mula dito.

Sa gitna ng lahat ng mga kalawakan ay isang napakalaking black hole. Ayon sa teorya ng relativity ni Einstein:

"Ang anumang masa ay nakakasira ng espasyo at oras."

Ngayon isipin kung gaano ang isang black hole distorts oras at espasyo, dahil ang masa nito ay napakalaking at sa parehong oras kinatas sa isang ultra-maliit na volume. Ang kakayahang ito ay nagdudulot ng sumusunod na kakaiba:

"Ang mga black hole ay may kakayahang halos huminto sa oras at i-compress ang espasyo. Dahil sa matinding pagbaluktot na ito, ang mga butas ay nagiging invisible sa amin."

Kung ang mga black hole ay hindi nakikita, paano natin malalaman na mayroon sila?

Oo, kahit na ang isang black hole ay hindi nakikita, dapat itong mapansin dahil sa bagay na nahuhulog dito. Pati na rin ang stellar gas, na naaakit ng isang itim na butas, kapag papalapit sa abot-tanaw ng kaganapan, ang temperatura ng gas ay nagsisimulang tumaas sa mga ultra-mataas na halaga, na humahantong sa isang glow. Ito ang dahilan kung bakit kumikinang ang mga itim na butas. Dahil dito, kahit na mahina, kumikinang, ipinaliwanag ng mga astronomo at astrophysicist ang presensya sa gitna ng kalawakan ng isang bagay na may maliit na volume ngunit malaking masa. Sa kasalukuyan, bilang resulta ng mga obserbasyon, humigit-kumulang 1000 bagay ang natuklasan na katulad ng pag-uugali sa mga black hole.

Mga itim na butas at kalawakan

Paano makakaapekto ang mga black hole sa mga kalawakan? Ang tanong na ito ay sumasalot sa mga siyentipiko sa buong mundo. Mayroong hypothesis ayon sa kung saan ito ay ang mga itim na butas na matatagpuan sa gitna ng kalawakan na nakakaimpluwensya sa hugis at ebolusyon nito. At kapag nagbanggaan ang dalawang kalawakan, nagsanib ang mga itim na butas at sa panahon ng prosesong ito, napakalaking enerhiya at bagay ang inilabas na ang mga bagong bituin ay nabuo.

Mga uri ng black hole

• Ayon sa umiiral na teorya, mayroong tatlong uri ng black hole: stellar, supermassive, at miniature. At ang bawat isa sa kanila ay nabuo sa isang espesyal na paraan.
• - Mga itim na butas ng stellar mass, lumalaki ito sa napakalaking sukat at gumuho.
  - Ang napakalaking black hole, na maaaring magkaroon ng mass equivalent sa milyun-milyong Suns, ay malamang na umiral sa mga sentro ng halos lahat ng galaxy, kabilang ang ating Milky Way. Ang mga siyentipiko ay mayroon pa ring iba't ibang mga hypotheses para sa pagbuo ng mga supermassive black hole. Sa ngayon, isang bagay lamang ang nalalaman - ang mga supermassive black hole ay isang by-product ng pagbuo ng mga galaxy. Supermassive black hole - naiiba ang mga ito mula sa mga ordinaryong dahil mayroon silang napakalaking sukat, ngunit paradoxically mababang density.
• - Wala pang nakaka-detect ng isang maliit na black hole na magkakaroon ng mass na mas mababa kaysa sa Araw. Posible na ang mga maliliit na butas ay maaaring nabuo sa ilang sandali pagkatapos ng "Big Bang", na siyang eksaktong simula ng pagkakaroon ng ating uniberso (mga 13.7 bilyong taon na ang nakalilipas).
• - Kamakailan lamang, isang bagong konsepto ang ipinakilala bilang "white black holes". Isa pa rin itong hypothetical na black hole, na kabaligtaran ng black hole. Si Stephen Hawking ay aktibong pinag-aralan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga puting butas.
• - Quantum black hole - umiiral lamang sila sa teorya sa ngayon. Ang mga quantum black hole ay maaaring mabuo kapag ang mga ultra-maliit na particle ay nagbanggaan bilang resulta ng isang nuclear reaction.
• - Ang mga pangunahing black hole ay isa ring teorya. Ang mga ito ay nabuo kaagad pagkatapos ng kanilang pinagmulan.

Kasalukuyang umiiral malaking bilang bukas na mga tanong na hindi pa masasagot ng mga susunod na henerasyon. Halimbawa, maaari bang talagang umiiral ang tinatawag na "wormhole", sa tulong ng kung saan ang isa ay maaaring maglakbay sa espasyo at oras. Ano ang eksaktong nangyayari sa loob ng black hole at kung anong mga batas ang sinusunod ng mga phenomena na ito. At ano ang tungkol sa pagkawala ng impormasyon sa isang black hole?

Ang mga black hole ay ilan sa pinakamakapangyarihan at mahiwagang bagay sa Uniberso. Ang mga ito ay nabuo pagkatapos ng pagkawasak ng isang bituin.

Ang Nasa ay nag-compile ng isang serye ng mga nakamamanghang larawan ng dapat na mga black hole sa kalawakan ng kalawakan.

Narito ang isang larawan ng kalapit na galaxy Centaurus A, na kinunan ng Chandra X-Ray Observatory. Ipinapakita nito ang impluwensya ng isang napakalaking black hole sa loob ng isang kalawakan.

Inanunsyo kamakailan ng Nasa na ang isang black hole ay ipinanganak mula sa isang sumasabog na bituin sa isang kalapit na kalawakan. Ayon sa Discovery News, ang butas na ito ay matatagpuan sa M-100 galaxy, na matatagpuan 50 milyong taon mula sa Earth.

Narito ang isa pang napaka-interesante na larawan mula sa Chandra Observatory na nagpapakita ng galaxy M82. Naniniwala ang Nasa kung ano ang nakalarawan ay maaaring ang mga panimulang punto para sa dalawang napakalaking itim na butas. Iminumungkahi ng mga mananaliksik na ang pagbuo ng mga black hole ay magsisimula kapag naubos ng mga bituin ang kanilang mga mapagkukunan at nasunog. Madudurog sila ng sarili nilang gravitational weight.

Iniuugnay ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng mga black hole sa teorya ng relativity ni Einstein. Ginagamit ng mga eksperto ang pagkaunawa ni Einstein sa gravity upang matukoy ang napakalaking puwersa ng grabidad ng isang black hole. Sa ipinakitang larawan, ang impormasyon mula sa Chandra X-Ray Observatory ay tumutugma sa mga larawang kinuha mula sa Hubble Space Telescope. Naniniwala ang Nasa na ang dalawang black hole na ito ay umiikot sa isa't isa sa loob ng 30 taon, at sa paglipas ng panahon maaari silang maging isang malaking black hole.

Ito ang pinakamalakas na black hole sa cosmic galaxy M87. Ang mga subatomic na particle na gumagalaw halos sa bilis ng liwanag ay nagpapahiwatig na mayroong napakalaking black hole sa gitna ng kalawakang ito. Ito ay pinaniniwalaan na ito ay "sumisipsip" ng bagay na katumbas ng 2 milyon ng ating mga araw.

Naniniwala ang Nasa na ang larawang ito ay nagpapakita ng dalawang napakalaking itim na butas na nagbabanggaan upang bumuo ng isang sistema. O ito ba ang tinatawag na "slingshot effect", bilang isang resulta kung saan ang isang sistema ay nabuo mula sa 3 black hole. Kapag ang mga bituin ay supernovae, mayroon silang kakayahang gumuho at bumuo muli, na nagreresulta sa pagbuo ng mga black hole.

Ang artistikong rendering na ito ay nagpapakita ng isang black hole na sumisipsip ng gas mula sa isang kalapit na bituin. Ang isang black hole ay ang kulay na ito dahil ang gravitational field nito ay napakakapal na sumisipsip ng liwanag. Ang mga black hole ay hindi nakikita, kaya ang mga siyentipiko ay nag-isip lamang tungkol sa kanilang pag-iral. Ang kanilang sukat ay maaaring katumbas ng laki ng 1 atom lamang o isang bilyong araw.

Ang artistikong rendering na ito ay nagpapakita ng quasar, na isang napakalaking black hole na napapalibutan ng mga umiikot na particle. Ang quasar na ito ay matatagpuan sa gitna ng kalawakan. Ang mga quasar ay nasa maagang yugto ng pagbuo ng black hole, ngunit maaari silang umiral sa bilyun-bilyong taon. Gayunpaman, pinaniniwalaan na sila ay nabuo sa mga sinaunang panahon ng Uniberso. Ipinapalagay na ang lahat ng mga "bagong" quasar ay nakatago lamang sa aming pananaw.

Ang mga teleskopyo ng Spitzer at Hubble ay nakakuha ng mga maling kulay na jet ng mga particle na bumaril mula sa isang higante, malakas na black hole. Ang mga jet na ito ay pinaniniwalaang umaabot sa 100,000 light-years ng espasyo, kasing laki ng Milky Way ng ating kalawakan. Iba't ibang kulay lumilitaw mula sa iba't ibang light wave. Mayroong isang malakas na black hole sa ating kalawakan, ang Sagittarius A. Naniniwala ang Nasa na ang masa nito ay katumbas ng 4 na milyon ng ating mga araw.

Ang larawang ito ay nagpapakita ng isang microquasar, na inaakalang isang mas maliit na black hole na may kaparehong bigat ng isang bituin. Kung nahulog ka sa isang black hole, tatawid ka sa abot-tanaw ng oras sa hangganan nito. Kahit na hindi ka nadurog ng gravity, hindi ka na babalik mula sa isang black hole. Imposibleng makita ka madilim na espasyo. Bawat manlalakbay sa isang black hole ay mapupunit sa puwersa ng grabidad.

Salamat sa pagsasabi sa iyong mga kaibigan tungkol sa amin!

Ang black hole ay isang espesyal na rehiyon sa kalawakan. Ito ay isang uri ng akumulasyon ng itim na bagay, na may kakayahang gumuhit sa sarili nito at sumisipsip ng iba pang mga bagay sa kalawakan. Ang kababalaghan ng black hole ay hindi pa rin. Ang lahat ng magagamit na data ay mga teorya at pagpapalagay lamang ng mga siyentipikong astronomo.

Ang pangalang "black hole" ay likha ng scientist na si J.A. Wheeler noong 1968 sa Princeton University.

Mayroong teorya na ang mga black hole ay mga bituin, ngunit hindi pangkaraniwan, tulad ng mga neutron. Isang black hole - - dahil mayroon itong napakataas na density ng luminescence at talagang walang radiation. Samakatuwid, hindi ito nakikita ni sa infrared, o sa x-ray, o sa radio ray.

Natuklasan ng Pranses na astronomo na si P. Laplace ang sitwasyong ito 150 taon bago ang mga black hole. Ayon sa kanyang mga argumento, kung ito ay may density na katumbas ng density ng Earth at isang diameter na 250 beses na mas malaki kaysa sa diameter ng Araw, kung gayon hindi nito pinapayagan ang mga light ray na kumalat sa buong Uniberso dahil sa gravity nito, at samakatuwid ay nananatili. hindi nakikita. Kaya, ipinapalagay na ang mga itim na butas ay ang pinakamalakas na naglalabas ng mga bagay sa Uniberso, ngunit wala silang solidong ibabaw.

Mga katangian ng black hole

Ang lahat ng dapat na katangian ng mga black hole ay batay sa teorya ng relativity, na hinango noong ika-20 siglo ni A. Einstein. Ang anumang tradisyonal na diskarte sa pag-aaral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi nagbibigay ng anumang nakakumbinsi na paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay ng mga black hole.

Ang pangunahing pag-aari ng isang black hole ay ang kakayahang yumuko ng oras at espasyo. Anumang gumagalaw na bagay na nahuli sa gravitational field nito ay hindi maiiwasang mahila, dahil... sa kasong ito, lumilitaw ang isang siksik na gravitational vortex, isang uri ng funnel, sa paligid ng bagay. Kasabay nito, ang konsepto ng oras ay binago. Ang mga siyentipiko, sa pamamagitan ng pagkalkula, ay hilig pa rin na tapusin na ang mga black hole ay hindi mga makalangit na katawan sa pangkalahatang tinatanggap na kahulugan. Ito ay talagang ilang uri ng mga butas, mga wormhole sa oras at espasyo, na may kakayahang baguhin at pakapalin ito.

Ang itim na butas ay isang saradong rehiyon ng espasyo kung saan ang bagay ay na-compress at kung saan walang makatakas, kahit na ang liwanag.

Ayon sa mga kalkulasyon ng mga astronomo, sa malakas na gravitational field na umiiral sa loob ng mga black hole, walang isang bagay ang maaaring manatiling hindi nasaktan. Agad itong mapupunit sa bilyun-bilyong piraso bago pa man ito makapasok. Gayunpaman, hindi nito ibinubukod ang posibilidad ng pagpapalitan ng mga particle at impormasyon sa kanilang tulong. At kung ang isang black hole ay may mass na hindi bababa sa isang bilyong beses na mas malaki kaysa sa masa ng Araw (supermassive), kung gayon ito ay theoretically posible para sa mga bagay na lumipat dito nang hindi napunit ng gravity.

Siyempre, ang mga ito ay mga teorya lamang, dahil ang pananaliksik ng mga siyentipiko ay napakalayo pa rin sa pag-unawa kung ano ang mga proseso at kakayahan na itinatago ng mga black hole. Ito ay lubos na posible na ang isang bagay na katulad ay maaaring mangyari sa hinaharap.

Upang mabuo ang isang black hole, ang isang katawan ay dapat na i-compress sa isang tiyak na kritikal na density upang ang radius ng naka-compress na katawan ay katumbas ng gravitational radius nito. Ang halaga ng kritikal na density na ito ay inversely proportional sa parisukat ng mass ng black hole.

Para sa isang tipikal na stellar mass black hole ( M=10M araw) ang gravitational radius ay 30 km, at ang kritikal na density ay 2·10 14 g/cm 3, iyon ay, dalawang daang milyong tonelada bawat cubic centimeter. Napakataas ng density na ito kumpara sa average na density ng Earth (5.5 g/cm3), ito ay katumbas ng density ng substance ng atomic nucleus.

Para sa isang black hole sa galactic core ( M=10 10 M araw) gravitational radius ay 3·10 15 cm = 200 AU, na limang beses ang distansya mula sa Araw hanggang Pluto (1 astronomical unit - ang average na distansya mula sa Earth hanggang sa Araw - ay katumbas ng 150 milyong km o 1.5·10 13 cm). Ang kritikal na density sa kasong ito ay katumbas ng 0.2·10 –3 g/cm 3 , na ilang beses na mas mababa kaysa sa density ng hangin, katumbas ng 1.3·10 –3 g/cm 3 (!).

Para sa Lupa ( M=3·10 –6 M araw), ang gravitational radius ay malapit sa 9 mm, at ang katumbas na critical density ay napakalaki: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, na 13 order ng magnitude na mas mataas kaysa sa density ng atomic nucleus.

Kung kukuha tayo ng ilang haka-haka na spherical press at i-compress ang Earth, pinapanatili ang masa nito, pagkatapos ay kapag binawasan natin ang radius ng Earth (6370 km) ng apat na beses, ang pangalawang bilis ng pagtakas nito ay doble at magiging katumbas ng 22.4 km/s. Kung i-compress natin ang Earth upang ang radius nito ay maging humigit-kumulang 9 mm, kung gayon ang pangalawang cosmic velocity ay kukuha ng halaga na katumbas ng bilis ng liwanag. c= 300000 km/s.

Dagdag pa, hindi kakailanganin ang isang pindutin - ang Earth, na naka-compress sa ganoong laki, ay i-compress na mismo. Sa huli, ang isang itim na butas ay bubuo bilang kapalit ng Earth, ang radius ng horizon ng kaganapan na kung saan ay malapit sa 9 mm (kung napapabayaan natin ang pag-ikot ng nagresultang black hole). Sa totoong mga kondisyon, siyempre, walang napakalakas na pindutin - "gumagana" ang gravity. Ito ang dahilan kung bakit mabubuo lamang ang mga black hole sa panahon ng pagbagsak panloob na mga bahagi napakalaking bituin kung saan ang gravity ay sapat na malakas upang i-compress ang bagay sa isang kritikal na density.

Ebolusyon ng mga bituin

Nabubuo ang mga itim na butas sa mga huling yugto ng ebolusyon ng napakalaking bituin. Sa kailaliman ng mga ordinaryong bituin, nangyayari ang mga reaksiyong thermonuclear, napakalaking enerhiya ay inilabas at isang mataas na temperatura ay pinananatili (sampu at daan-daang milyong degree). Ang mga puwersa ng gravitational ay may posibilidad na i-compress ang bituin, at ang mga puwersa ng presyon ng mainit na gas at radiation ay lumalaban sa compression na ito. Samakatuwid, ang bituin ay nasa hydrostatic equilibrium.

Bilang karagdagan, ang isang bituin ay maaaring umiral sa thermal equilibrium, kapag ang paglabas ng enerhiya dahil sa mga thermonuclear na reaksyon sa gitna nito ay eksaktong katumbas ng kapangyarihan na ibinubuga ng bituin mula sa ibabaw. Habang kumukontra at lumalawak ang bituin, naaabala ang thermal equilibrium. Kung ang bituin ay nakatigil, kung gayon ang equilibrium nito ay itinatag upang ang negatibong potensyal na enerhiya ng bituin (gravitational compression energy) ganap na halaga palaging doble ang thermal energy. Dahil dito, ang bituin ay may kamangha-manghang ari-arian- negatibong kapasidad ng init. Ang mga ordinaryong katawan ay may positibong kapasidad ng init: isang pinainit na piraso ng bakal, lumalamig, iyon ay, nawawalan ng enerhiya, nagpapababa ng temperatura nito. Para sa isang bituin, ang kabaligtaran ay totoo: mas maraming enerhiya ang nawawala sa anyo ng radiation, mas mataas ang temperatura sa gitna nito.

Ang kakaibang ito, sa unang tingin, ay may simpleng paliwanag: ang bituin, habang ito ay nagliliwanag, ay dahan-dahang kumukunot. Sa panahon ng compression, ang potensyal na enerhiya ay na-convert sa kinetic energy ng mga bumabagsak na layer ng bituin, at ang loob nito ay umiinit. At saka thermal energy, na nakuha ng isang bituin bilang resulta ng compression, ay dalawang beses ang enerhiya na nawala sa anyo ng radiation. Bilang resulta, ang temperatura ng interior ng bituin ay tumataas, at ang tuluy-tuloy na thermonuclear fusion ay nangyayari. mga elemento ng kemikal. Halimbawa, ang reaksyon ng pag-convert ng hydrogen sa helium sa kasalukuyang Araw ay nangyayari sa temperatura na 15 milyong degrees. Kapag, sa loob ng 4 na bilyong taon, sa gitna ng Araw ang lahat ng hydrogen ay nagiging helium, ang karagdagang synthesis ng mga atomo ng carbon mula sa mga atomo ng helium ay mangangailangan ng mas mataas na temperatura, mga 100 milyong degree ( singil ng kuryente Mayroong dalawang beses na mas maraming helium nuclei kaysa sa hydrogen nuclei, at upang mailapit ang helium nuclei sa layo na 10–13 cm ay nangangailangan ng mas mataas na temperatura). Tiyak na ang temperaturang ito ang matitiyak dahil sa negatibong kapasidad ng init ng Araw sa oras na ang thermonuclear reaction ng pag-convert ng helium sa carbon ay nag-apoy sa kalaliman nito.

Mga puting duwende

Kung ang masa ng bituin ay maliit, upang ang masa ng core nito na apektado ng thermonuclear transformations ay mas mababa sa 1.4 M araw, ang thermonuclear fusion ng mga kemikal na elemento ay maaaring tumigil dahil sa tinatawag na pagkabulok ng electron gas sa core ng bituin. Sa partikular, ang presyon ng isang degenerate na gas ay nakasalalay sa density, ngunit hindi nakasalalay sa temperatura, dahil ang enerhiya ng quantum motions ng mga electron ay mas malaki kaysa sa enerhiya ng kanilang thermal motion.

Ang mataas na presyon ng degenerate na electron gas ay epektibong tumututol sa mga puwersa ng gravitational compression. Dahil ang presyon ay hindi nakasalalay sa temperatura, ang pagkawala ng enerhiya ng isang bituin sa anyo ng radiation ay hindi humahantong sa compression ng core nito. Dahil dito, ang gravitational energy ay hindi inilalabas bilang karagdagang init. Samakatuwid, ang temperatura sa umuusbong na degenerate core ay hindi tumataas, na humahantong sa pagkagambala ng chain ng thermonuclear reactions.

Ang panlabas na shell ng hydrogen, na hindi naaapektuhan ng mga thermonuclear na reaksyon, ay humihiwalay sa core ng bituin at bumubuo ng isang planetary nebula, na kumikinang sa mga linya ng paglabas ng hydrogen, helium at iba pang mga elemento. Ang central compact at medyo mainit na core ng isang evolved low-mass star ay isang white dwarf - isang bagay na may radius sa pagkakasunud-sunod ng radius ng Earth (~10 4 km), isang mass na mas mababa sa 1.4 M araw at isang average na density ng halos isang tonelada bawat cubic centimeter. Ang mga puting dwarf ay sinusunod sa malaking bilang. Ang kanilang kabuuang bilang sa Galaxy ay umabot sa 10 10, iyon ay, mga 10% ng kabuuang masa ng napapansin na bagay ng Galaxy.

Ang pagsunog ng thermonuclear sa isang degenerate na puting dwarf ay maaaring maging hindi matatag at humantong sa isang nuclear na pagsabog ng isang sapat na napakalaking puting dwarf na may masa na malapit sa tinatawag na limitasyon ng Chandrasekhar (1.4). M araw). Ang ganitong mga pagsabog ay parang Type I supernovae, na walang mga linya ng hydrogen sa kanilang spectrum, ngunit mga linya lamang ng helium, carbon, oxygen at iba pang mabibigat na elemento.

Mga bituin ng neutron

Kung ang core ng bituin ay bumababa, kung gayon habang ang masa nito ay lumalapit sa limitasyon na 1.4 M araw, ang karaniwang pagkabulok ng electron gas sa nucleus ay pinapalitan ng tinatawag na relativistic degeneracy.

Ang quantum motions ng mga degenerate electron ay nagiging napakabilis na ang kanilang mga bilis ay lumalapit sa bilis ng liwanag. Sa kasong ito, ang pagkalastiko ng gas ay bumababa, ang kakayahang humadlang sa mga puwersa ng grabidad ay bumababa, at ang bituin ay nakakaranas ng gravitational collapse. Sa panahon ng pagbagsak, ang mga electron ay nakukuha ng mga proton, at nangyayari ang neutronization ng sangkap. Ito ay humahantong sa pagbuo ng isang neutron star mula sa isang napakalaking degenerate core.

Kung ang paunang masa ng core ng bituin ay lumampas sa 1.4 M araw, pagkatapos ay maabot ang isang mataas na temperatura sa core, at ang pagkabulok ng elektron ay hindi nangyayari sa buong ebolusyon nito. Sa kasong ito, gumagana ang negatibong kapasidad ng init: habang ang bituin ay nawawalan ng enerhiya sa anyo ng radiation, ang temperatura sa kalaliman nito ay tumataas, at mayroong isang tuluy-tuloy na kadena ng mga thermonuclear reaction na nagko-convert ng hydrogen sa helium, helium sa carbon, carbon sa oxygen, at iba pa, hanggang sa mga elemento ng pangkat na bakal. Ang reaksyon ng thermonuclear fusion ng nuclei ng mga elemento na mas mabigat kaysa sa bakal ay hindi na nangyayari sa paglabas, ngunit sa pagsipsip ng enerhiya. Samakatuwid, kung ang masa ng core ng bituin, na pangunahing binubuo ng mga elemento ng pangkat na bakal, ay lumampas sa limitasyon ng Chandrasekhar na 1.4 M araw , ngunit mas mababa sa tinatawag na limitasyon ng Oppenheimer–Volkov ~3 M araw, pagkatapos ay sa pagtatapos ng nuclear evolution ng bituin, ang gravitational collapse ng core ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan ang panlabas na hydrogen shell ng bituin ay nalaglag, na sinusunod bilang isang uri II supernova na pagsabog, sa spectrum ng kung aling makapangyarihang mga linya ng hydrogen ang sinusunod.

Ang pagbagsak ng core ng bakal ay humahantong sa pagbuo ng isang neutron star.

Kapag ang napakalaking core ng isang bituin na umabot sa isang huling yugto ng ebolusyon ay na-compress, ang temperatura ay tumataas sa napakalaking halaga ng pagkakasunud-sunod ng isang bilyong degree, kapag ang nuclei ng mga atom ay nagsimulang masira sa mga neutron at proton. Ang mga proton ay sumisipsip ng mga electron at nagiging mga neutron, na naglalabas ng mga neutrino. Ang mga neutron, ayon sa prinsipyo ng quantum mechanical Pauli, na may malakas na compression ay nagsisimulang epektibong nagtataboy sa isa't isa.

Kapag ang masa ng gumuho na core ay mas mababa sa 3 M araw, ang mga bilis ng neutron ay makabuluhang mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag at ang pagkalastiko ng bagay dahil sa mabisang pagtanggi ng mga neutron ay maaaring balansehin ang mga puwersa ng gravitational at humantong sa pagbuo ng isang matatag na neutron star.

Ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga neutron na bituin ay unang hinulaang noong 1932 ng natitirang Soviet physicist na si Landau kaagad pagkatapos ng pagtuklas ng neutron sa mga eksperimento sa laboratoryo. Ang radius ng isang neutron star ay malapit sa 10 km, nito average na density ay umaabot sa daan-daang milyong tonelada kada kubiko sentimetro.

Kapag mas malaki sa 3 ang masa ng bumabagsak na stellar core M araw, pagkatapos, ayon sa umiiral na mga ideya, ang nagresultang neutron star, paglamig, ay bumagsak sa isang itim na butas. Ang pagbagsak ng isang neutron star sa isang black hole ay pinadali din ng reverse fall ng bahagi ng shell ng star, na inilabas sa panahon ng pagsabog ng supernova.

Ang isang neutron star ay karaniwang mabilis na umiikot dahil ang normal na bituin na nagsilang dito ay maaaring magkaroon ng makabuluhang angular momentum. Kapag ang core ng isang bituin ay bumagsak sa isang neutron star, ang mga katangiang dimensyon ng bituin ay bumaba mula R= 10 5 –10 6 km hanggang R≈ 10 km. Habang bumababa ang laki ng isang bituin, bumababa ang moment of inertia nito. Upang mapanatili ang angular momentum, ang bilis ng pag-ikot ng axial ay dapat tumaas nang husto. Halimbawa, kung ang Araw, na umiikot na may panahon na humigit-kumulang isang buwan, ay na-compress sa laki ng isang neutron star, ang panahon ng pag-ikot ay bababa sa 10 –3 segundo.

Ang mga solong neutron na bituin na may malakas na magnetic field ay nagpapakita ng kanilang mga sarili bilang mga radio pulsar - pinagmumulan ng mahigpit na pana-panahong mga pulso ng paglabas ng radyo na lumitaw kapag ang enerhiya ng mabilis na pag-ikot ng isang neutron star ay na-convert sa nakadirekta na paglabas ng radyo. Sa mga binary system, ang pag-iipon ng mga neutron star ay nagpapakita ng phenomenon ng X-ray pulsar at type 1 X-ray burster.

Hindi maaaring asahan ng isang tao ang mahigpit na panaka-nakang mga pulsasyon ng radiation mula sa isang black hole, dahil ang black hole ay walang nakikitang ibabaw at magnetic field. Tulad ng madalas na sinasabi ng mga physicist, ang mga itim na butas ay walang "buhok" - lahat ng mga patlang at lahat ng mga inhomogeneities na malapit sa horizon ng kaganapan ay ibinubuga kapag ang itim na butas ay nabuo mula sa gumuho na bagay sa anyo ng isang stream gravitational waves. Bilang resulta, ang nagreresultang black hole ay may tatlong katangian lamang: mass, angular momentum at electric charge. Ang lahat ng mga indibidwal na katangian ng gumuho na sangkap ay nakalimutan sa panahon ng pagbuo ng isang itim na butas: halimbawa, ang mga itim na butas na nabuo mula sa bakal at mula sa tubig ay may, iba pang mga bagay ay pantay, ang parehong mga katangian.

Gaya ng hinulaang ng General Theory of Relativity (GR), ang mga bituin na ang iron core mass sa pagtatapos ng kanilang ebolusyon ay lumampas sa 3 M araw, makaranas ng walang limitasyong compression (relativistic collapse) sa pagbuo ng black hole. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na sa pangkalahatang relativity ang mga puwersa ng gravitational na may posibilidad na i-compress ang isang bituin ay tinutukoy ng density ng enerhiya, at sa napakalaking densidad ng bagay na nakamit sa panahon ng compression ng tulad ng isang napakalaking star core, ang pangunahing kontribusyon sa density ng enerhiya. ay hindi na ginawa ng natitirang enerhiya ng mga particle, ngunit sa pamamagitan ng enerhiya ng kanilang paggalaw at pakikipag-ugnayan . Lumalabas na sa pangkalahatang relativity ang presyon ng isang sangkap sa napakataas na densidad ay tila "timbang" mismo: mas malaki ang presyon, mas malaki ang density ng enerhiya at, dahil dito, mas malaki ang mga puwersa ng gravitational na may posibilidad na i-compress ang sangkap. Bilang karagdagan, sa ilalim ng malakas na mga patlang ng gravitational, ang mga epekto ng space-time curvature ay nagiging pangunahing mahalaga, na nag-aambag din sa walang limitasyong compression ng core ng bituin at ang pagbabago nito sa isang black hole (Fig. 3).

Sa konklusyon, tandaan namin na ang mga itim na butas na nabuo sa ating panahon (halimbawa, ang itim na butas sa sistema ng Cygnus X-1), mahigpit na nagsasalita, ay hindi isang daang porsyento na mga itim na butas, dahil dahil sa relativistic na pagluwang ng oras para sa isang malayong tagamasid, hindi pa rin nabuo ang mga horizon ng kanilang kaganapan. Ang mga ibabaw ng naturang mga gumuguhong bituin ay lumilitaw sa isang tagamasid sa Earth bilang nagyelo, na walang katapusang papalapit sa kanilang mga horizon ng kaganapan.

Upang ganap na mabuo ang mga black hole mula sa mga gumuguhong bagay, kailangan nating hintayin ang buong walang katapusang mahabang panahon ng pagkakaroon ng ating Uniberso. Dapat itong bigyang-diin, gayunpaman, na sa mga unang segundo ng relativistic na pagbagsak, ang ibabaw ng gumuho na bituin para sa isang tagamasid mula sa Earth ay lumalapit nang napakalapit sa abot-tanaw ng kaganapan, at lahat ng mga proseso sa ibabaw na ito ay bumagal nang walang hanggan.

Nakakita ka na ba ng sahig na navacuum? Kung gayon, napansin mo ba kung paano sinisipsip ng vacuum cleaner ang alikabok at maliliit na debris tulad ng mga scrap ng papel? Syempre napansin nila. Ang mga black hole ay halos pareho sa isang vacuum cleaner, ngunit sa halip na alikabok, mas gusto nilang sumipsip ng mas malalaking bagay: mga bituin at planeta. Gayunpaman, hindi rin nila hahamakin ang cosmic dust.

Paano lumilitaw ang mga itim na butas?

Upang maunawaan kung saan nagmumula ang mga itim na butas, mainam na malaman kung ano ang liwanag na presyon. Lumalabas na ang liwanag na bumabagsak sa mga bagay ay naglalagay ng presyon sa kanila. Halimbawa, kung tayo ay nasa madilim na silid Kung sinindihan natin ang isang bombilya, pagkatapos ay magsisimulang kumilos ang isang karagdagang puwersa ng presyon ng liwanag sa lahat ng mga bagay na iluminado. Ang puwersang ito ay napakaliit, at sa araw-araw na buhay siyempre, hinding-hindi natin ito mararamdaman. Ang dahilan ay ang isang bombilya ay isang mahinang pinagmumulan ng liwanag. (Sa mga kondisyon ng laboratoryo, ang liwanag na presyon ng isang bombilya ay maaari pa ring masukat; ang Russian physicist na si P. N. Lebedev ang unang gumawa nito) Sa mga bituin, iba ang sitwasyon. Habang ang bituin ay bata pa at nagniningning nang maliwanag, tatlong pwersa ang naglalaban sa loob nito. Sa isang banda, ang puwersa ng gravity, na may posibilidad na i-compress ang bituin sa isang punto, ay hinihila ang mga panlabas na layer papasok patungo sa core. Sa kabilang banda, nariyan ang puwersa ng magaan na presyon at ang puwersa ng presyon ng mainit na gas, na may posibilidad na palakihin ang bituin. Ang liwanag na ginawa sa core ng bituin ay napakatindi na itinutulak nito ang mga panlabas na layer ng bituin at binabalanse ang puwersa ng gravity na humihila sa kanila patungo sa gitna. Habang tumatanda ang isang bituin, ang core nito ay gumagawa ng mas kaunting liwanag. Nangyayari ito dahil sa buhay ng isang bituin, ang buong supply ng hydrogen ay nasusunog, naisulat na namin ang tungkol dito. Kung ang bituin ay napakalaki, 20 beses na mas mabigat kaysa sa Araw, kung gayon ang mga panlabas na shell nito ay napakalaki sa masa. Samakatuwid, sa isang mabigat na bituin, ang mga panlabas na layer ay nagsisimulang lumipat nang palapit at mas malapit sa core, at ang buong bituin ay nagsisimulang mag-urong. Kasabay nito, ang gravitational force sa ibabaw ng contracting star ay tumataas. Kapag mas kumukontra ang isang bituin, mas malakas itong nagsisimulang maakit ang nakapalibot na bagay. Sa kalaunan, ang gravity ng bituin ay nagiging napakalakas na kahit ang liwanag na ibinubuga nito ay hindi makatakas. Sa sandaling ito ang bituin ay nagiging isang black hole. Hindi na ito naglalabas ng anuman, ngunit sinisipsip lamang ang lahat ng nasa malapit, kabilang ang liwanag. Walang kahit isang sinag ng liwanag ang nanggagaling dito, kaya walang makakakita nito, at iyon ang dahilan kung bakit ito tinatawag na black hole: lahat ay sinisipsip at hindi na babalik.

Ano ang hitsura ng isang black hole?

Kung ikaw at ako ay nasa tabi ng isang black hole, makikita natin ang isang medyo malaking makinang na disk na umiikot sa isang maliit, ganap na itim na rehiyon ng espasyo. Ang itim na rehiyong ito ay isang black hole. At ang makinang na disk sa paligid nito ay bagay na bumabagsak sa black hole. Ang nasabing disk ay tinatawag na accretion disk. Ang gravity ng isang black hole ay napakalakas, kaya ang bagay na sinipsip sa loob ay gumagalaw na may napakataas na acceleration at dahil dito nagsisimula itong mag-radiate. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng liwanag na nagmumula sa naturang disk, maraming matututunan ang mga astronomo tungkol sa black hole mismo. Ang isa pang hindi direktang tanda ng pagkakaroon ng black hole ay ang hindi pangkaraniwang paggalaw ng mga bituin sa paligid ng isang tiyak na rehiyon ng espasyo. Pinipilit ng gravity ng butas ang kalapit na mga bituin na lumipat sa mga elliptical orbit. Ang ganitong mga paggalaw ng mga bituin ay naitala din ng mga astronomo.
Ngayon ang atensyon ng mga siyentipiko ay nakatuon sa black hole na matatagpuan sa gitna ng ating kalawakan. Ang katotohanan ay ang isang ulap ng hydrogen na may mass na halos 3 beses kaysa sa Earth ay papalapit sa black hole. Nagsimula na ring magbago ang hugis ng ulap na ito dahil sa gravity ng black hole, sa mga susunod na taon ay lalo itong mag-iinat at hihilahin sa loob ng black hole.

Hindi namin kailanman makikita ang mga prosesong nagaganap sa loob ng black hole, kaya makuntento na lang kami sa pagmamasid sa disk sa paligid ng black hole. Ngunit maraming mga kawili-wiling bagay ang naghihintay din sa amin dito. Marahil ang pinaka-kagiliw-giliw na kababalaghan ay ang pagbuo ng napakabilis na mga jet ng bagay na tumakas mula sa gitna ng disk na ito. Ang mekanismo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nananatiling ipaliwanag, at posible na ang isa sa inyo ay lumikha ng isang teorya para sa pagbuo ng naturang mga jet. Sa ngayon, maaari lamang nating irehistro ang mga X-ray flashes na kasama ng naturang "mga pag-shot."

Ipinapakita ng video na ito kung paano unti-unting kumukuha ang isang black hole ng materyal mula sa isang kalapit na bituin. Sa kasong ito, ang isang accretion disk ay nabuo sa paligid ng black hole, at ang bahagi ng bagay nito ay ibinubuhos sa espasyo sa napakalaking bilis. Bumubuo ito ng malaking halaga ng X-ray radiation, na kinukuha ng isang satellite na gumagalaw sa paligid ng Earth.

Paano gumagana ang isang black hole?

Ang isang black hole ay maaaring nahahati sa tatlong pangunahing bahagi. Ang panlabas na bahagi, kung saan maiiwasan mo pa ring mahulog sa isang black hole kung ikaw ay gumagalaw sa napakabilis na bilis. Mas malalim kaysa sa panlabas na bahagi mayroong isang abot-tanaw ng kaganapan - ito ay isang haka-haka na hangganan, pagkatapos ng pagtawid kung saan ang katawan ay nawawalan ng pag-asa na bumalik mula sa black hole. Ang lahat ng bagay na lampas sa abot-tanaw ng kaganapan ay hindi makikita mula sa labas, dahil dahil sa malakas na gravity, kahit na ang liwanag na gumagalaw mula sa loob ay hindi makakalipad sa kabila nito. Ito ay pinaniniwalaan na sa pinakasentro ng isang black hole mayroong isang singularity - isang rehiyon ng espasyo ng isang maliit na dami kung saan ang isang malaking masa ay puro - ang puso ng black hole.

Posible bang lumipad hanggang sa isang black hole?

Naka-on mahabang distansya ang atraksyon ng isang black hole ay eksaktong kapareho ng atraksyon ng isang ordinaryong bituin na may parehong masa ng mass ng black hole. Habang papalapit ka sa abot-tanaw ng kaganapan, lalakas at lalakas ang atraksyon. Samakatuwid, maaari kang lumipad hanggang sa isang black hole, ngunit mas mahusay na lumayo mula dito upang maaari kang bumalik. Kailangang panoorin ng mga astronomo kung paano sinipsip ng isang black hole ang kalapit na bituin sa loob. Makikita mo kung ano ang hitsura nito sa video na ito:

Magiging black hole ba ang ating Araw?

Hindi, hindi ito liliko. Ang masa ng Araw ay masyadong maliit para dito. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na upang maging isang black hole, ang isang bituin ay dapat na hindi bababa sa 4 na beses na mas malaki kaysa sa Araw. Sa halip, ang Araw ay magiging isang pulang higante at magpapalaki sa halos kasing laki ng orbit ng Earth bago ibuhos ang panlabas na shell nito at maging isang puting dwarf. Tiyak na sasabihin namin sa iyo ang higit pa tungkol sa ebolusyon ng Araw.