Черные дыры

Чёрная дыра

Чёрные дыры во вселенной – это нечто, с таким огромным гравитационным притяжением, что даже свет не может избежать их гравитации. В астрономии существует такое понятие, как скорость убегания. Это скорость, с которой должен двигаться объект, что бы избежать притяжения. Например, ракета, что бы избежать притяжения нашей планеты, должна двигаться со скоростью 11,2 км/с. А что же на счёт убегания, необходимого для избежания притяжения черной дыры?

 

Оказывается что гравитационное притяжение чёрной дыры во вселенной настолько огромное, что требуется скорость убегания, которая больше скорости света. В 1905 году Энштейн в своей специальной теории относительности говорил нам о том, что нельзя развить скорость, больше чем скорость света, которая ровна 299 792 458 m/s., ведь это абсолютный предел.

 

Именно поэтому чёрные дыры собственно и являются чёрными, они не испускают собственного света, который мог бы достигнуть нашего глаза. Точка, в которой гравитация становится непреодолимо сильной, скажем так, точка не возврата, не может быть определена. Чёрной дырой во вселенной в принципе может быть что угодно, если сжать это до очень малых размеров. Если уменьшить Землю до размера ногтя, то она тоже будет обладать гравитацией, достаточной для того что бы поглотить весь свет, и всё что будет рядом.

 

Исследование космоса показали, как же формируются чёрные дыры. Звёзды тоже имеют свой жизненный цикл, например, возьмём звезду, которая в 15 раз больше нашего солнца. Когда ядро звезды прекращает излучать энергию, она начинает умирать. Звёзды разбухают, и превращаются в красных гигантов. Потом же они взрываются в космосе, и интересно то, что после них остаётся. Ядро мёртвой звезды схлопывается под своей тяжестью настолько быстро, что формируется крайне сжатый объект. Вот вам и чёрная дыра.

 

Как мы уже говорили ранее, плотность становится настолько высокой, что свет не может избежать её. Давайте рассмотрим подробнее, почему же ни что не может избежать попадания в чёрную дыру.

 

Как говорил Энштейн , что кроме специальной теории относительности, существует ещё и общая теория относительности, которая утверждает, что в пространстве существует три измерения, и ещё есть как бы четвертое, это время. И на самом деле они связаны, и образуют так называемое пространство–время в четырёх измерениях. Всё что имеет массы, как бы прогибает это самое пространство-время.

Чёрная дыра

На этой картинке видны звёзды, которые прогибают наше с вами пространство-время. Но посмотрите на чёрную дыру слева, она создаёт огромную дыру в пространстве-времени, потому что она очень массивна, и очень сжата. И чёрная дыра заглатывает всё, что находится рядом, включая свет.

 

Ученые считают, что прямо в центре черной дыры, в самом низу этой дырки пространства-времени, находится, так называемая «сингулярность». Сингулярность - это то место, где вся масса сжата в точку нулевого размера, это всегда было своего рода камнем преткновения для ученых, так как масса там стремится к бесконечности, а в бесконечности все модели и уравнения прекращают работать.

Горизонт событий

Граница в пространстве-времени, разделяющая точки пространства –времени, которые можно соединить с событиями на светоподобной бесконечности светоподобными траекториями световых лучей, и те события, которые так соединить нельзя, называется горизонт событий. В большинстве случаев светоподобные бесконечности у данного пространства-времени имеют два типа: они относятся к прошлому и будущему, и соответственно горизонтов событий может существовать так же два: горизонт событий прошлого и горизонт событий будущего.

 

Говоря иначе, события на которые нельзя повлиять с бесконечности - делит горизонт событий прошлого, а события о которых можно будет хотя бы когда-нибудь узнать - разделяет горизонт событий будущего. Объясняется это тем, что, не одна информация не распространяется быстрее скорости света. Для удобства давайте представим, что каждая частица - это часы. Возьмём одного наблюдателя, который, сидя на одном циферблате, падает, второй наблюдатель видит всё это со стороны.

 

Первый наблюдатель упадёт в чёрную дыру по окончанию времени. Таким образом, он пересекает горизонт событий, который для него образовался и исчезнет из поля зрения второго наблюдателя. Следует отметить, что в самом горизонте событий нет ничего страшного. Он всего лишь является координатной особенностью. Таким образом, мы берём систему координат, где все величины на горизонте событий не будут обращаться в бесконечность. Особенностью будет являться сингулярность в самом центре черной дыры.

 

Второму наблюдателю будет открываться другая картина. Облако часов для него сжимается все медленнее, при этом падение будет увеличивать скорость, а часы при этом будут идти медленнее и краснеть. Но теперь о часах, которые находятся в центре облака, где наш наблюдатель попал в сингулярность. Для второго, внешнего наблюдателя эти часы будут видны всегда! А значит, горизонт для него не образуется.

 

Так какая же из систем лучше? Первая или вторая? Можно отметить, что теория отсчета первого наблюдателя, который падает, более приближен для описания внутреннего устройства черной дыры. Давайте посмотрим снова на часы, которые находятся в центре. Для внешнего наблюдателя, который смотрит на циферблат внутреннего наблюдателя, завтра не наступит никогда. Это является недостатком для той системы отсчета, именно поэтому будет проще пользоваться другой системой.

 

Добавим, что сжимающийся объект очень похож на рождение черной дыры, о которой мы привыкли читать в книгах о фантастике. Радиус облака частиц приближается к Шварцшильдовскому до соответствующей массы. Происходит испарение чёрной дыры. Кроме того, коллапсар по - настоящему начинает чернеть. Соответственно, происходит увеличение длины волн доходящего до нас излучения, и уменьшение светимости объекта.

 

Существует ещё один интересный факт. Ученые считают, что все галактики Вселенной, включая и наш млечный путь, имеют супер массивные черные дыры в своём галактическом центре. Масса чёрной дыры в млечном пути, в 3-4 миллиона раз больше массы нашей звезды Солнце, но размер её в 10 раз меньше Солнца.