Čierna diera

Čo je čierna diera:

Čierna diera je vesmírnym javom veľmi vysokých rozmerov (zvyčajne väčších ako slnko) a extrémne kompaktnej hmoty, čo má za následok gravitačné pole tak silné, že žiadne častice alebo žiarenie sa nemôžu dostať von.

Vzhľadom na to, že aj svetlo je nasávané, čierne diery sú neviditeľné a ich existenciu dokazujú iba gravitačné následky pozorovateľné v jeho okolí, najmä zmeny dráh blízkych nebeských telies, ktoré sú teraz priťahované k čiernej diere.

Teoreticky by len niečo, čo sa pohybuje rýchlosťou väčšou, ako je rýchlosť svetla, dokázalo odolať gravitačnému poli čiernej diery. Z tohto dôvodu nie je možné s istotou vedieť, čo sa stane s vecou, ktorá je nasávaná.

Aká veľká je čierna diera?

Čierne diery existujú v rôznych veľkostiach. Vedci, ktorí sú známym, sa nazývajú prapôvodné čierne diery a sú považovaní za veľkosť atómu, ale s celkovou hmotnosťou hory.

Stredne čierne diery (ktorých hmotnosť je až 20-násobok celkovej hmotnosti Slnka) sa nazývajú hviezdne . V tejto kategórii má najmenšia objavená čierna diera 3, 8-násobok slnečnej hmoty.

Najväčšie čierne diery katalogizované sa nazývajú supermasívne, často sa nachádzajú v strede galaxií. Napríklad v strede Mliečnej dráhy je Strelec A, čierna diera s hmotnosťou rovnajúcou sa 4 miliónom násobkom hmotnosti Slnka.

Najväčšia známa čierna diera sa doteraz nazýva S50014 + 81, ktorej hmotnosť sa rovná štyridsať miliárd násobok hmotnosti Slnka.

Ako sa tvoria čierne diery?

Čierne diery sú tvorené gravitačnými kolapsmi nebeských telies. Tieto javy sa vyskytujú, keď vnútorný tlak tela (zvyčajne hviezd) nestačí na udržanie vlastnej hmotnosti. Takže keď sa jadro hviezdy zrúti v dôsledku gravitácie, nebeské telo exploduje a uvoľňuje obrovské množstvo energie do udalosti známej ako supernova .

Vizuálna reprezentácia supernovy.

Počas supernovy, v zlomku sekundy, celá hmota hviezdy je stlačená do jej jadra, pričom sa pohybuje okolo 1/4 rýchlosti svetla (vrátane, v tomto momente, sú vytvorené najťažšie prvky vesmíru).

Potom výbuch spôsobí vznik neutrónovej hviezdy alebo, ak je hviezda dostatočne veľká, výsledkom bude vytvorenie čiernej diery, ktorej astronomické množstvo koncentrovanej hmoty vytvorí vyššie uvedené gravitačné pole. V ňom musí byť úniková rýchlosť (rýchlosť potrebná na to, aby niektoré častice alebo žiarenie odolali príťažlivosti) aspoň väčšia ako rýchlosť svetla.

Typy čiernych dier

Nemecký teoretický fyzik Albert Einstein formuloval súbor hypotéz týkajúcich sa gravitácie, ktorá slúžila ako základ pre vznik modernej fyziky. Tento súbor myšlienok sa nazýval Teória všeobecnej relativity, v ktorej vedec urobil niekoľko inovatívnych pozorovaní o gravitačných účinkoch čiernych dier.

Pre Einsteina, čierne diery sú "deformácie v časopriestore spôsobené masívnym množstvom koncentrovanej hmoty." Jeho teórie podporovali rýchly postup v oblasti a umožnili klasifikáciu rôznych typov čiernych dier:

Čierna diera Schwarzschild

Čierne diery Schwarzschilda sú tie, ktoré nemajú elektrický náboj a tiež nemajú uhlový impulz, to znamená, že sa neotáčajú okolo svojej osi.

Kerr Black Hole

Čierne diery Kerr nemajú elektrický náboj, ale otáčajú sa okolo svojej osi.

Reissner-Nordstrom Čierna diera

Čierne diery Reissner-Nordstrom majú elektrický náboj, ale neotáčajú sa okolo svojej osi.

Kerr-Newman Black Hole

Čierne diery Kerr-Newman sú elektricky nabité a otáčajú sa okolo svojej osi.

Teoreticky sa všetky typy čiernych dier nakoniec stávajú čiernymi dierami Schwarzschild (statický a žiadny elektrický náboj), keď stratia dostatok energie a prestanú sa otáčať. Tento jav je známy ako Penroseov proces . V týchto prípadoch jediným spôsobom, ako odlíšiť jednu čiernu dieru od Schwarzschilda od druhej, je meranie jej hmotnosti.

Štruktúra čiernej diery

Čierne diery sú neviditeľné, pretože ich gravitačné pole je nevyhnutné aj pre svetlo. Čierna diera má teda vzhľad tmavého povrchu, z ktorého sa neodráža nič a neexistuje žiadny dôkaz o tom, čo sa stane s prvkami, ktoré sú do neho nasávané. Z pozorovania účinkov, ktoré spôsobujú v ich okolí, však veda štruktúruje čierne diery v horizonte udalostí, singularite a ergosfére .

Horizont udalostí

Hranica gravitačného poľa čiernej diery, z ktorej sa nič nepozoruje, sa nazýva horizont udalostí alebo bod bez návratu .

Grafické znázornenie horizontu udalostí, ktoré poskytuje NASA, v ktorom je pozorovaná dokonalá guľa odkiaľ nie je emitované žiadne svetlo.

Hoci je to vlastne iba gravitačné následky, horizont udalostí sa považuje za súčasť štruktúry čiernej diery, pretože je to začiatok pozorovateľnej oblasti fenoménu.

Je známe, že jeho tvar je dokonale guľatý v statických čiernych dierach a šikmo v rotujúcich čiernych dierach.

Vzhľadom na gravitačnú dilatáciu času, vplyv hmotnosti čiernych dier na časopriestoru spôsobuje, že horizont udalostí, dokonca aj mimo jeho rozsahu, má tieto účinky:

Pre vzdialeného pozorovateľa by sa hodiny v blízkosti horizontu udalostí pohybovali pomalšie ako iné vzdialenejšie. Zdá sa, že akýkoľvek predmet, ktorý sa nasaje do čiernej diery, sa spomalí, až sa zdá, že je paralyzovaný v čase.
V prípade vzdialeného pozorovateľa by sa objekt približujúci sa k horizontu udalosti predpokladal načervenalý odtieň, ktorý je dôsledkom fyzického javu známeho ako redshift, pretože frekvencia svetla je redukovaná gravitačným poľom čiernej diery.
Z hľadiska predmetu by čas prešiel celým zrýchlením pre celý vesmír, zatiaľ čo pre seba by čas prešiel normálne.

jedinečnosť

Centrálny bod čiernej diery, kde sa hmota hviezdy stala nekonečne koncentrovanou, sa nazýva singularita, o ktorej sa málo vie. Teoreticky singularita obsahuje celkovú hmotnosť hviezdy, ktorá sa zrútila, pridanú k hmotnosti všetkých tiel nasávaných gravitačným poľom, ale nemá objem ani povrch.

ergosféra

Erfosféra je oblasť, ktorá obchádza horizont udalostí v rotujúcich čiernych dierach, v ktorých nie je možné, aby nebeské telo stálo.

Avšak podľa Einsteinovej relativity má akýkoľvek rotujúci objekt tendenciu ťahať časopriestor blízko neho. V rotujúcej čiernej diere je tento efekt taký silný, že by bolo nevyhnutné, aby sa nebeské telo pohybovalo v opačnom smere rýchlosťou väčšou, ako je rýchlosť svetla, aby zostalo nepohyblivé.

Je dôležité nezamieňať účinky ergosféry s účinkami horizontu udalostí. Erfosféra nepriťahuje predmety gravitačným poľom. Takže všetko, čo s ním príde do styku, bude len posunuté v časopriestore a bude priťahované iba vtedy, ak pretína horizont udalostí.

Stephen Hawking teórie na čierne diery

Stephen Hawking bol jedným z najvplyvnejších fyzikov a kozmológov 20. a 21. storočia, medzi jeho početnými príspevkami, Hawking vyriešil niekoľko teorémov navrhnutých Einsteinom, ktoré prispeli k teórii, že vesmír začal v jedinečnosti, čím ďalej posilňoval tzv. Veľký tresk .

Hawking tiež veril, že čierne diery nie sú úplne čierne, ale vydávajú malé množstvá tepelného žiarenia. Tento účinok bol známy vo fyzike ako Hawking Radiation . Táto teória predpovedá, že čierne diery by stratili hmotnosť s uvoľneným žiarením a v extrémne pomalom procese by sa zmenšovali, až kým nezmiznú.