V blízkosti středu naší Galaxie bylo objeveno supermasivní těleso se čtyřmi miliony solárních hmot. Je pravda, že je neviditelné, neslyšitelné a nehmotné.
Prst do nebe?
Skupina německých fyziků z Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku nedávno vydala senzační prohlášení: získali důkaz, že v naší Galaxii je černá díra.
"Asi dvacet let pozorujeme pohyb několika desítek hvězd v blízkosti středu Galaxie, který se nachází ve vzdálenosti 27 tisíc světelných let od Slunce," říká vedoucí skupiny Reinhard Hansel. - Oběžná dráha těchto hvězd naznačuje, že koncentrace hmoty umístěná ve středu je bezpochyby černá díra.
Ohrožuje to naše Galaxie? Bude kosmická příšera jíst Zemi?
Ukázalo se, že na tyto otázky zatím nejsou žádné odpovědi. Podle ředitele Státního astronomického ústavu. PK Sternberg Moskevská státní univerzita Odpovídající člen Ruské akademie věd Anatoly Cherepashchuk, pozorující oběžné dráhy, nelze černou díru spočítat.
- Chcete-li dokázat, že tělo umístěné ve středu naší Galaxie je černá díra, musíte udělat dvě věci, - vědec vysvětlil reportérům. - Nejprve experimentálně ukazují, že poloměr tohoto těla se rovná tzv. Gravitačnímu poloměru pro černou díru dané hmoty (a pro černé tělo se čtyřmi miliony solárních hmot se rovná přibližně sedmi poloměrům slunce). A za druhé, dokázat, že toto tělo nemá pevný povrch, ale místo toho horizont událostí.
Propagační video:
Podle Cherepashchuka jsou oba tyto úkoly v zásadě proveditelné a za dvacet let doufá, že vědci budou moci s jistotou říci, zda je to černá díra nebo ne.
Obecně je otázka: být či nebýt naší Galaxií odložena na dvě desetiletí. Mezitím se lépe seznámíme s tímto monstrem.
Nejhorší místo
Ve vesmíru není žádný tajemnější a děsivější předmět než černá díra. Jedna věta již inspiruje nezodpovědný strach: maluje obraz všestranně propasti. Před ní jsou nejen obyčejní lidé v úžasu, ale také astrofyzici. "Ze všech výtvorů lidské mysli, od mytologických jednorožců a draků po vodíkovou bombu, možná nejúžasnější je černá díra." Díra v prostoru s velmi specifickými hranami, do které může vše spadnout a ze kterého se nemůže nic dostat. Díra, ve které je gravitační síla tak velká, že v této pasti je zachyceno a drženo i světlo. Otvor, který ohýbá prostor a zkresluje tok času. Stejně jako jednorožci a draci se i černé díry zdají být spíše atributem sci-fi nebo starověkých mýtů než skutečných předmětů. Existence černých děr však nevyhnutelně vyplývá z fyzikálních zákonů. Pouze v naší Galaxii mohou být miliony lidí, “řekl o černých dírách známý známý vědec Kip Stephen Thorn, vedoucí oddělení v Kalifornském technologickém institutu (USA), člen americké národní akademie věd, člen vědecké rady NASA.
Kromě své fantastické síly mají černé díry v sobě úžasnou schopnost měnit prostor a čas. Nejprve se stočí do jakéhokoli trychtýře a poté, co překonají určitou hranici v hloubce díry, se rozpadnou na quanta. Uvnitř černé díry, za hranou této zvláštní gravitační propasti, odkud není úniku, plynou úžasné fyzikální procesy, projevují se nové přírodní zákony.
Podle mnoha odborníků jsou černé díry největším zdrojem energie ve vesmíru. Pravděpodobně je vidíme ve vzdálených kvasarech, při explozi galaktických jader. Předpokládá se, že černé díry se v budoucnu stanou zdrojem energie pro lidstvo.
Konec světa je tady
Jak se tvoří černé díry? Podle astrofyziků většina z nich vzniká po smrti velkých hvězd. Je-li hmota hvězdy dvojnásobná než Slunce, může na konci svého života explodovat jako supernova. Pokud však hmota zbylá po výbuchu stále přesahuje dvě sluneční hmoty, pak by se hvězda měla zhroutit do malého hustého těla, protože gravitační síly zcela potlačují jakýkoli vnitřní odpor vůči stlačování. Vědci se domnívají, že právě v této chvíli vede katastrofický gravitační kolaps ke vzniku černé díry. Věří, že na konci termonukleárních reakcí nemůže být hvězda ve stabilním stavu. Pak pro hmotnou hvězdu existuje pouze jedna nevyhnutelná cesta - cesta univerzálního a úplného smrštění, která ji promění v neviditelnou černou díru.
Proč jsou neviditelné?
- Samotný název „černé díry“naznačuje, že se jedná o třídu předmětů, které nelze vidět, - vysvětluje vedoucí radiového astronomického oddělení Státního astronomického ústavu pojmenovaného po Sternberg, kandidát na fyzikální a matematické vědy Valentin Esipov. - Jejich gravitační pole je tak silné, že pokud by bylo možné se nějak přiblížit k černé díře a nasměrovat paprsek nejsilnějšího světlometu pryč od jeho povrchu, pak by toto světlomet nebylo vidět ani ze vzdálenosti nepřesahující vzdálenost Země od Slunce.
I kdybychom dokázali soustředit veškeré světlo Slunce v tomto silném světlometu, neviděli bychom to, protože světlo by nedokázalo překonat vliv gravitačního pole černé díry a opustit jeho povrch. Proto se takový povrch nazývá absolutní horizont událostí. Představuje hranici černé díry. A co se tam skrývá v zahraničí?
Pojďme do pekla
K nejzajímavějším popisům „interiéru“černé díry patří již zmíněný americký fyzik a astronom Kip Stephen Thorne. "Představte si sebe jako kapitána velké vesmírné lodi hvězdné třídy." - navrhuje vědce ve své knize „Cestovat mezi černými dírami“. - Podle pokynů Geografické společnosti musíte prozkoumat několik černých děr umístěných ve velké vzdálenosti od sebe v mezihvězdném prostoru a pomocí rádiových signálů přenést popis svých pozorování na Zemi.
Když jste byli na cestě 4 roky a 8 měsíců, vaše loď se zpomalí v blízkosti nejbližší černé díry k Zemi, zvané Hades (Hell) a nachází se poblíž hvězdy Vega. Na televizní obrazovce je patrná přítomnost černé díry: atomy vodíku rozptýlené v mezihvězdném prostoru jsou taženy dovnitř svým gravitačním polem. Všude, kde je vidíte, jak se pohybují, zpomalují od díry a rychleji a rychleji, jakmile se k nim blížíte. Je to podobné pádu vody v Niagarských vodopádech, kromě toho, že atomy padají nejen z východu, ale také ze západu, severu, jihu, shora a zespodu - ze všech stran. Pokud nic neuděláte, budete také vytaženi dovnitř.
Takže s největší péčí musíte přenést kosmickou loď z trajektorie volného pádu na kruhovou oběžnou dráhu kolem černé díry (podobné oběžné dráze umělých satelitů obíhajících kolem Země) tak, aby odstředivá síla vašeho orbitálního pohybu kompenzovala gravitaci černé díry. Cítíte se v bezpečí, zapnete lodní motory a připravíte se na studium černé díry.
Nejprve pomocí dalekohledů pozorujete elektromagnetické záření emitované padajícími atomy vodíku. Daleko od černé díry jsou tak chladní, že vyzařují pouze rádiové vlny. Ale blíže k díře, kde atomy padají rychleji, se čas od času srazí, zahřejí až několik tisíc stupňů a začnou emitovat světlo. Ještě blíže k černé díře, pohybující se mnohem rychleji, se zahřívají v důsledku kolizí na několika milionech stupňů a emitují rentgenové paprsky.
Když nasměrujete své dalekohledy „dovnitř“a stále se přibližujete k černé díře, uvidíte „gama paprsky emitované atomy vodíku zahřáté na ještě vyšší teploty. Nakonec v samém středu najdete temný disk samotné černé díry.
Vaším dalším krokem je pečlivě změřit délku oběžné dráhy lodi. To je přibližně 1 milion km, což je poloviční délka měsíční oběžné dráhy kolem Země. Pak se podíváte na vzdálené hvězdy a uvidíte, jak se pohybují jako vy. Při pozorování jejich zjevného pohybu zjistíte, že potřebujete 5 minut. 46 s provést jednu revoluci kolem černé díry. Toto je vaše „orbitální období“.
Znáte dobu revoluce a délku její oběžné dráhy, můžete vypočítat hmotnost černé díry Hádes (peklo). Bude to 10krát jasnější. Toto je ve skutečnosti celková hmota nahromaděná v černé díře v celé její historii a zahrnuje hmotu hvězdy, v důsledku kolapsu, který asi před 2 miliardami let vznikl, černá díra, hmota veškerého mezihvězdného vodíku, která se do ní vtáhla od svého narození, a také množství všech asteroidů a ztracených hvězdných lodí, které na něj dopadly.
Nejzajímavější jsou vlastnosti jeho povrchu nebo horizontu - hranice, díky níž se již nemůže vrátit vše, co spadne do díry. Hranice, které zabrání kosmické lodi a dokonce i jakémukoli druhu záření vystoupit: rádiové vlny, světlo, rentgenové nebo gama záření …
Ačkoli můžete vypočítat všechny jeho vlastnosti zvenčí z hmotnosti a úhlu hybnosti černé díry, o jejím vnitřku nemůžete nic vědět. Může mít narušenou strukturu a může být vysoce asymetrická. To vše bude záviset na podrobnostech kolapsu, který vytvořil černou díru, a také na vlastnostech následného zatažení mezihvězdného vodíku, takže průměr díry nelze jednoduše spočítat.
Díky těmto výsledkům můžete prozkoumat okolí horizontu černé díry …
Poté, co jste se rozloučili s týmem, vylezete do sestupního vozidla a opustíte loď a zůstanete zpočátku na stejné kruhové oběžné dráze, pokračujete fyzikem Thornem. - Potom zapnutím raketového motoru lehce zabrzděte, abyste zpomalili orbitální pohyb. V tomto případě začínáte spirálou blíže k obzoru a přecházíte z jedné kruhové oběžné dráhy na druhou. Vaším cílem je vstoupit na kruhovou oběžnou dráhu s obvodem mírně delším než horizont. Když se pohybujete ve spirále, délka vaší orbity se postupně snižuje - z 1 milionu km na 500 tisíc, poté na 100 tisíc, 90 tisíc, 80 tisíc. A pak se začíná něco zvláštního.
Když jste ve stavu beztíže, jste zavěšeni ve svém aparátu, řekněme, s nohama - do černé díry a vaší hlavy - na oběžné dráze vaší lodi a hvězd. Ale postupně začnete cítit, že někdo tahá za nohy nahoru a dolů - za hlavu. Uvědomujete si, že důvodem je přitažlivost černé díry: nohy jsou blíže k díře než hlava, takže jsou přitahovány silněji. Totéž platí samozřejmě na Zemi, ale rozdíl v přitažlivosti nohou a hlavy je zanedbatelný, takže si to nikdo nevšimne. Když se pohybujete na oběžné dráze 80 000 km nad černou dírou, cítíte tento rozdíl zcela jasně - rozdíl v přitažlivosti bude 1/8 gravitace Země (1/8 g). Odstředivá síla vyvolaná pohybem na oběžné dráze vyrovnává přitažlivost díry ve středu těla a umožňuje tak volně plavat v nulové gravitaci.ale vaše nohy budou ovlivněny přebytkem 1/16 g, zatímco hlava naopak bude přitahovat slabě a odstředivá síla ji bude tlačit nahoru se stejným přídavným zrychlením -1/16 g.
Poněkud zmatený, budete pokračovat podél spirálové spirály, ale překvapení rychle ustupuje obavám: jak se zmenšuje velikost orbity, síly, které se táhnou, se budou zvyšovat rychleji. Při orbitální délce 64 tisíc km bude rozdíl 1/4 g, u 51 000 km -1/2 ga 40 000 km dosáhne plné hmotnosti Země. Drtí zuby před námahou a budete se pohybovat ve spirále. Při orbitální délce 25 000 km bude tahová síla 4 d, tj. čtyřikrát vaše váha v suchozemských podmínkách a při 16 000 km -16 g. Už nemůžete stát vzpřímeně. Pokoušíte se vyřešit tento problém stočením do míče a přitažením nohou k hlavě, čímž se zmenší rozdíl v síle. Ale jsou již tak velké, že vám nedovolí se ohnout - budou opět vertikálně vysunuty (podél směru radiálního vzhledem k černé díře).
Bez ohledu na to, co děláte, nic nepomůže. A pokud bude spirálový pohyb pokračovat, vaše tělo to nevydrží - bude roztrháno. Neexistuje tedy žádná naděje na dosažení blízkosti horizontu …
Ohromen, překonat strašlivou bolest, zastavíš svůj sestup a přeneseš zařízení nejprve na kruhovou oběžnou dráhu, a pak se opatrně a pomalu začne pohybovat po rozšiřující se spirále a přecházet na větší kruhové dráhy, dokud nedosáhneš hvězdné lodi. “
Thorneův příběh zatím zní jako fantazie. A to se počítá na dobu, kdy člověk dosáhne takového úspěchu ve vývoji technologie a technologie, že se mezigalaktické lety a konstrukce kruhů kolem černých děr stanou skutečností. A podle nejoptimističtějších prognóz futurologů to bude možné nejdříve za 50 let.
Žádní kluci, není to tak …
Je třeba uznat, že mnoho vědců stále popírá existenci černých děr. Koneckonců, jejich objev a studium probíhá na špičce pera. A v poslední době se objevil ještě neočekávanější předpoklad, že černé díry nejsou vůbec děrami, ale některé objekty, které jsou svou povahou spíše podobné Bose-Einsteinovým kondenzačním bublinám (stav agregace hmoty, jehož základem jsou bosony, ochlazený na teploty blízké absolutní nule). Tuto novou hypotézu předložil vědec Emil Mottola z teoretické pobočky Národní laboratoře Los Alamos spolu se spoluautorem Pavel Mazurem z University of South Carolina ve Spojených státech.
Výzkumné vysvětlení představuje radikálně nový pohled na povahu černých děr, které nejsou prezentovány jako „díry“v prostoru, kde hmota a světlo nevysvětlitelně zmizí v zóně horizontu události, ale spíše jako sférické dutiny obklopené zvláštní formou hmoty, která na Zemi dosud nebyla známa. Mazur a Mottola označují tyto objekty za černé díry, ale za gravitační hvězdy.
Uvnitř gravitační hvězdy jsou prostor a čas obráceny, jako u modelu černé díry.
Mottola a Mazur dokonce naznačují, že vesmír, ve kterém žijeme, může být vnitřním obalem obří gravitační hvězdy.
S. Kuzmina. "Ruský prostor"