Piiramatu universum on täis saladusi, mõistatusi ja paradokse. Hoolimata asjaolust, et tänapäeva teadus on kosmose uurimisel teinud suure hüppe, on selles suures maailmas palju inimkonna taju kohta maailmas arusaamatu. Me teame palju tähtedest, ududest, klastritest ja planeetidest. Kuid universumi suuruses on selliseid objekte, mille olemasolu võime ainult arvata. Näiteks me teame mustade aukude kohta väga vähe. Põhiteave ja teadmised mustade aukude olemusest põhinevad eeldustel ja oletustel. Astrofüüsikud, tuumaenergiateadlased on selle küsimusega rohkem kui tosin aastat vaeva näinud. Mis on must auk ruumis? Mis on selliste objektide olemus?
Mustade augudega rääkimine lihtsas keeles
Et ette kujutada, milline must auk näeb välja, piisab, kui näete rongi saba tunnelisse. Viimasel autol, kui rong läheb tunnelisse sügavamale, vähenevad signaaltuled, kuni need täielikult vaate alt kaduvad. Teisisõnu, need on objektid, kus koletisliku atraktiivsuse tõttu kaob isegi valgus. Elementaarsed osakesed, elektronid, prootonid ja fotoonid ei suuda nähtamatust tõkestamisest üle saada, nad langevad olematute mustade kuristikku, mistõttu nimetati niisugune ruum ruumis mustaks. Selle sees ei ole vähimatki heledat ala, tugevat mustust ja lõpmust. Musta augu teisel poolel ei ole teada.
Sellel ruumi tolmuimejal on tohutu raskus ja ta suudab absorbeerida kogu galaktika koos kõigi tähtede klastrite ja superklusteritega, koos ududega ja tumeda ainega. Kuidas see on võimalik? Jääb vaid arvata. Füüsika seadused, mis meil sel juhul on teada, paistavad õmblustes ja ei anna seletust toimuvatele protsessidele. Paradoksaali olemus on see, et Universumi selles osas määrab kehade gravitatsiooniline koostoime nende massist. Nende kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis ei mõjuta teise objekti ühe objekti imendumise protsessi. Osakesed, mis on jõudnud teatud piirkonnas kriitilisele kogusele, sisenevad teise interaktsiooni tasemele, kus gravitatsioonijõud muutuvad atraktiivseks jõuks. Keha, ese, aine või aine raskuse mõjul hakkab vähenema, jõudes tohutu tiheduseni.
Ligikaudu niisugused protsessid toimuvad neutronitähe moodustumise ajal, kus sisemise gravitatsiooni mõjul tähistatud tähtmahud on kokku surutud. Vaba elektronid moodustavad koos prootonitega elektriliselt neutraalsed osakesed - neutronid. Selle aine tihedus on suur. Tahkete osakeste suurusega rafineeritud suhkru suuruse kaal on miljardeid tonne. Siin on asjakohane meenutada üldist suhtelisuse teooriat, kus ruum ja aeg on pidevad kogused. Järelikult ei saa kompressiooniprotsessi pooleldi peatada ja seetõttu ei ole see piir.
Must auk näeb välja nagu auk, milles võib olla üleminek ühest ruumi segmendist teise. Samal ajal muutuvad ruumi ja aja omadused ise, keerates ruumi-ajalehtrisse. Selle lehtri põhjasse jõudmine satub mistahes küsimusesse. Mis on musta auk teisel poolel, see hiiglane auk? Võib-olla on olemas ka teine ruum, kus kehtivad teised seadused ja aeg voolab vastupidises suunas.
Relatiivsusteooria kontekstis on musta auku teooria järgmine. Ruumi punktil, kus gravitatsioonijõud on mikroskoopilisele suurusele pressinud, on tohutu tõmbejõud, mille suurus suureneb lõpmatuseni. Ekraanile ilmub aeg ja ruum on painutatud, sulgedes ühe punkti. Mustava auguga imenduvad objektid ei suuda vastu panna selle koletise tolmuimeja jõule. Isegi valguse kiirus, mis omab kvantti, ei võimalda elementaarseid osakesi ületada tõmbejõudu. Iga selline punkt, mis on sellisele punktile jõudnud, lakkab olemast materiaalseks objektiks, mis ühendub ruumi-aja mulliga.
Mustad augud teaduses
Kui küsid, kuidas moodustuvad mustad augud? Kindel vastus ei ole. Universumis on palju paradokse ja vastuolusid, mida ei saa teaduse seisukohast seletada. Einsteini relatiivsusteooria lubab ainult teoreetiliselt seletada selliste objektide olemust, kuid sel juhul vaikivad kvantmehaanika ja füüsika.
Püüdes selgitada füüsika seadustega toimuvaid protsesse, näeb pilt sellist. Objekt on moodustatud massiivse või supermassiivse kosmilise keha kolossaalse gravitatsioonilise kokkutõmbumise tulemusena. Sellel protsessil on teaduslik nimi - gravitatsiooniline kollaps. Mõistet "must auk" kõlas esmakordselt 1968. aastal teadusringkondades, kui Ameerika astronoom ja füüsik John Wheeler püüdsid selgitada tähtede kokkuvarisemise olukorda. Tema teooria kohaselt tekib gravitatsioonilise kokkuvarisemise all oleva tohutu tähe asemel ruumiline ja ajaline rike, kus pidevalt kasvavad tihendused toimivad. Kõik, mida täht oli tehtud, läheb endasse.
See seletus võimaldab meil järeldada, et mustade aukude olemus ei ole mingil viisil seotud Universumis toimuvate protsessidega. Kõik, mis toimub selle objekti sees, ei kajasta mingil viisil ümbritsevat ruumi ühe “BUT” -ga. Musta auk gravitatsioonijõud on nii tugev, et see painutab ruumi, sundides galaktikaid pöörama mustade aukude ümber. Seega selgub, miks galaktikad on spiraalid. Kui kaua on kulunud, et tohutu Linnutee galaktika kaduks supermassive musta auku sügavusse, ei ole teada. Uudishimulik fakt on see, et mustad augud võivad esineda mis tahes kohas kosmoses, kus selleks on loodud ideaalsed tingimused. Selline aja- ja ruumikord kõrvaldab tohutud kiirused, millega tähed pöörlevad ja liiguvad galaktika ruumis. Aeg mustas aukus voolab teise mõõtmega. Selle valdkonna sees ei ole füüsika seisukohalt tõlgendatavad gravitatsiooni seadused. Seda olekut nimetatakse mustade aukude ainsuseks.
Mustad augud ei näita mingeid väliseid identifitseerimismärke, nende olemasolu võib hinnata teiste gravitatsiooniväljade poolt mõjutatud ruumiobjektide käitumise järgi. Kogu pilt elu ja surma eest võitlemisest toimub musta auk piiril, mis on kaetud membraaniga. Seda lehtri kujuteldavat pinda nimetatakse "sündmuste horisondiks". Kõik, mida me selle piirini näeme, on materiaalne ja materiaalne.
Mustade aukude stsenaariumid
John Wheeleri teooria arendamisel võime järeldada, et mustade aukude saladus ei ole tõenäoliselt selle moodustamise protsessis. Mustade aukude moodustumine tuleneb neutronitähe kokkuvarisemisest. Lisaks peab sellise objekti mass ületama kolm või enam korda päikese massi. Neutronitäht kahaneb, kuni oma valgus ei suuda enam raskest gravitatsioonist vabaneda. Suurus on piiril, millele täht võib kahaneda, sünnitades musta auku. Seda raadiust nimetatakse gravitatsiooni raadiuseks. Massiivsed tähed nende arengu viimases etapis peaksid olema mitme kilomeetri raskusjõu raadiusega.
Tänapäeval on teadlased saanud kaudseid tõendeid mustade aukude olemasolu kohta kümnes röntgenikiirguses. Röntgenitähtedel, pulsaril või murdjalal ei ole tahket pinda. Lisaks on nende mass suurem kui kolme päikese mass. Cygnuse tähtkuju - röntgenitäht Cygnus X-1 - kosmosevaldkonna praegune seisund võimaldab jälgida nende uudishimulike objektide moodustumist.
Teadusuuringute ja teoreetiliste eelduste põhjal on praegu teaduses neli mustade tähtede moodustamise stsenaariumi:
- massiivse tähe gravitatsiooniline kokkuvarisemine selle evolutsiooni lõppfaasis;
- galaktika keskse piirkonna kokkuvarisemine;
- mustade aukude moodustumine Big Bang protsessi käigus;
- kvantmusta aukude moodustumine.
Esimene stsenaarium on kõige realistlikum, kuid tänapäeval tuttavate mustade tähtede arv ületab teadaolevate neutronitähtede arvu. Ja Universumi vanus ei ole nii suur, et nii palju massiivseid tähti saaks läbi viia kogu evolutsiooni protsessi.
Teisel stsenaariumil on õigus elule, ja on olemas elav näide - supermassive must auk Ambur A *, mis asub meie galaktika keskel. Selle objekti mass on 3,7 massi päike. Selle stsenaariumi mehhanism on sarnane gravitatsioonilise kokkuvarisemise stsenaariumiga, mille ainus erinevus on see, et tähtedevaheline gaas, mitte tähe, allub kokkuvarisemisele. Gravitatsioonijõudude mõjul surutakse gaas kriitiliseks massiks ja tiheduseks. Kriitilisel hetkel laguneb aine kvantiks, moodustades musta auku. Kuid see teooria on kaheldav, kuna hiljuti on Columbia ülikooli astronoomid tähistanud mustade aukude satelliite A * satelliite. Nad osutusid palju väikesteks mustadeks aukudeks, mis ilmselt tekkisid muul viisil.
Kolmas stsenaarium on teoreetilisem ja on seotud Big Bang teooria olemasoluga. Universumi moodustumise ajal läbisid kõik materjali ja gravitatsiooniväljad kõikumised. Teisisõnu, protsessid läksid teistmoodi, mis ei olnud seotud kvantmehaanika ja tuumafüüsika tuntud protsessidega.
Viimane stsenaarium keskendub tuumaplahvatuse füüsikale. Tuumareaktsioonide protsessis olevate ainete trombides gravitatsioonijõudude mõjul tekib plahvatus, mille asemel moodustub must auk. Aine plahvatab sissepoole, absorbeerides kõik osakesed.
Mustade aukude olemasolu ja areng
Olles ligikaudne ettekujutus selliste kummaliste ruumiobjektide olemusest, on midagi muud huvitav. Millised on mustade aukude tegelikud mõõtmed, kui kiiresti nad kasvavad? Mustade aukude suurused määratakse nende gravitatsioonilise raadiusega. Mustade aukude puhul määrab musta ava raadius selle massist ja seda nimetatakse Schwarzschildi raadiuseks. Näiteks kui objektil on meie planeedi massiga võrdne mass, siis on Schwarzschildi raadius antud juhul 9 mm. Meie põhiosa raadius on 3 km. Päikese massiga 10 ⁸ massiga tähistatud musta auku keskmine tihedus on vee tiheduse lähedal. Sellise hariduse raadius on 300 miljonit kilomeetrit.
On tõenäoline, et sellised hiiglaslikud suured augud asuvad galaktikate keskel. Praeguseks on teada 50 galaktikat, mille keskel on suured ajutised ja ruumilised kaevud. Selliste hiiglaste mass on miljardeid päikese mass. Võib vaid ette kujutada, milline kolossaalne ja koletislik tõmbejõud sellist auk on.
Väikeste aukude puhul on tegemist miniobjektidega, mille raadius jõuab ebaolulistesse väärtustesse, ainult 10 ² cm. Sellised kihistused tekkisid Suure Paugu ajal, kuid aja jooksul suurenesid nad ja tänapäeval uhkeldasid nad kosmoses koletistena. Väikesed mustad augud tekkisid, tänapäeval üritavad teadlased maapinna tingimustes taaselustada. Nendel eesmärkidel viiakse läbi katsed elektronikollektorites, mille kaudu kiirendatakse elementaarseid osakesi valguse kiiruseni. Esimesed katsed võimaldasid laboratoorsetes tingimustes saada kvark-gluon plasma - ainet, mis eksisteeris Universumi moodustumise koidikul. Sellised katsed näitavad, et must auk Maa peal on aja küsimus. Teine asi on see, kas selline inimteaduse saavutamine muutub meile ja meie planeedile katastroofiks. Tehes kunstlikult musta auku, saame avada Pandora kasti.
Teiste galaktikate hiljutised tähelepanekud on võimaldanud teadlastel leida mustad augud, mille suurus ületab kõik eeldatavad ootused ja eeldused. Selliste objektidega kaasnev areng võimaldab meil paremini mõista, kuidas mustade aukude mass kasvab, milline on selle tegelik piir. Teadlased on jõudnud järeldusele, et kõik teadaolevad mustad augud on kasvanud 13-14 miljardi aasta jooksul nende tegelikule suurusele. Suuruse erinevus tuleneb ümbritseva ruumi tihedusest. Kui musta auk on piisavalt raskesti raskesti ligipääsetav, kasvab see nagu pärm, jõudes sadade ja tuhandete päikeseenergiate massini. Seega on selliste objektide hiiglaslikud mõõtmed, mis asuvad galaktikate keskel. Massiivne tähtede rühm, suured tähtedevahelise gaasi massid on rohkesti toiduks toiduks. Kui galaktikud ühinevad, võivad mustad augud kokku liituda, moodustades uue supermassive objekti.
Otsustades evolutsiooniliste protsesside analüüsi põhjal, on tavaline eristada kahte musta auku klassi:
- objektid, mille mass on 10 korda suurem päikese massist;
- massiivsed objektid, mille mass on sadu tuhandeid, miljardeid päikeseenergiaid.
Seal on mustad augud, mille keskmine mass on 100–10 tuhat korda suurem kui Päikese mass, kuid nende olemus pole veel teada. Galaktika kohta on umbes üks selline objekt. Röntgenitähtede uurimine võimaldas leida kaks keskmise suurusega musta auku 12 miljoni valgusaasta kaugusel galaktikas M82. Ühe objekti mass varieerub vahemikus 200–800 päikese massi. Teine objekt on palju suurem ja selle mass on 10-40 tuhat päikeseenergiat. Selliste objektide saatus on huvitav. Nad asuvad tähtede klastrite lähedal, meelitades neid järk-järgult galaktika keskosas asuvasse supermassivasse mustasse auku.
Meie planeet ja mustad augud
Vaatamata sellele, et otsitakse vihjeid mustade aukude olemusest, tunneb teaduslik maailm muret mustava auk asukoha ja rolli üle Linnutee galaktika saatuses ja eriti planeedi Maa saatuses. Linnutee keskel olev aeg ja ruum imendub järk-järgult kõik ümber olevad objektid. Miljonid tähed ja triljonit tonni tähtedevahelist gaasi on juba imendunud mustasse auku. Aja jooksul jõuab rida Cygnuse ja Amburi käedesse, kus asub päikesesüsteem, sõites 27 tuhande valgusaasta kaugusel.
Teine lähedal asuv supermassive must auk asub Andromeda galaktika keskosas. See on umbes 2,5 miljonit valgus aastat meist eemal. Tõenäoliselt, kuni meie objekt Sagittarius A * neelab oma galaktika, peaksime ootama kahe naabert galaktika ühinemist. Järelikult toimub kahe supermassive musta auku ühendamine üheks tervikuks, kohutavaks ja koletiseks.
Täiesti erinev asi - väikesed mustad augud. Maa absorbeerimiseks on üsna must auk, mille raadius on paar sentimeetrit. Probleem on selles, et must auk on olemuselt täiesti näo objekt. Selle emakast ei tule kiirgust ega kiirgust, mistõttu on selline salapärane objekt märgatav. Ainult lähemal on võimalik avastada taustvalguse kumerust, mis näitab, et selles Universumi piirkonnas on ruumis avar auk.
Praeguseks on teadlased leidnud, et Maa lähim must auk on V616 Monocerotise objekt. Koletis asub meie süsteemist 3000 valgusaasta jooksul. Suuruses on tegemist suure kujuga, selle mass on 9-13 päikese massi. Teine lähedane objekt, mis ähvardab meie maailma, on must auk Gygnus X-1. Selle koletisega oleme eraldatud 6000 valgusaasta kaugusel. Meie naabruses tuvastatud mustad augud on osa binaarsüsteemist, s.t. olemas on tähe lähedal, mis toidab rahuldamatut objekti.
Järeldus
Selliste salapäraste ja salapäraste objektide olemasolu ruumis mustade augudena sunnib meid muidugi valvuril olema. Kuid kõik, mis mustade aukudega juhtub, juhtub üsna harva, kui arvestame Universumi vanust ja suuri vahemaid. 4,5 miljardi aasta jooksul on Päikesesüsteem puhkeasendis, mis on olemas meile teadaolevate seaduste kohaselt. Selle aja jooksul ei ole midagi sellist ilmunud ega ruumi moonutatud ega ajaklapid päikesesüsteemi lähedal. Tõenäoliselt pole selleks sobivaid tingimusi. See Linnutee osa, kus asub Suni tähtsüsteem, on rahulik ja stabiilne ruumiosa.
Teadlased eeldavad, et mustade aukude välimus ei ole juhuslik. Sellised objektid täidavad universumis nende korralduste rolli, kes hävitavad kosmiliste kehade ülejäägi. Mis puudutab koletiste ennast, ei ole nende areng veel täielikult arusaadav. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
