Czarne dziury to najbardziej tajemniczy obiekt w całej nauce. Wszelkie pytania z nimi związane są pytaniami, które dotyczą wszechświata jako całości. Definiowanie czarnych dziur nie jest łatwe. Zdaniem fizyków zjawisko to jest rodzajem produktu grawitacji, który osiągnął kolosalne rozmiary. W rezultacie obszary w przestrzeni wydają się tak gęste, że nawet światło nie jest w stanie pokonać ich przyciągania grawitacyjnego. Substancja wchłonięta przez czarną dziurę nagrzewa się i zanurzając się w „otchłani” zaczyna emitować bardzo dużą energię. Promieniowanie to obejmuje również promienie rentgenowskie, które mogą być wykrywane przez teleskopy na orbicie okołoziemskiej.
Wiadomo, że czarne dziury „połykają” nie tylko pobliskie obiekty fizyczne, ale także światło. Z tego powodu są niewidoczne; obecność takich zjawisk w przestrzeni można wykryć jedynie na podstawie znaków pośrednich.
Czarne dziury pojawiają się po śmierci dużych gwiazd (obserwuje się je głównie w odległych kwazarach, w eksplodujących jądrach galaktyk). Czarne dziury mają szereg absolutnie fantastycznych właściwości: zmieniają się w nich właściwości przestrzeni, czas zwalnia. Te dwa podstawowe elementy naszego istnienia w wyjątkowej strefie są skręcone w lej; teoretycy uważają, że w jej głębinach przestrzeń i czas rozpadają się na kwanty.
W rzeczywistości mamy do czynienia z pułapką grawitacyjną, z której nie ma wyjścia. Co więcej, tej otchłani po prostu brakuje … obserwowanej powierzchni. Jeśli gwiazdy neutronowe mają silne pola magnetyczne i ściśle okresowe pulsacje promieni rentgenowskich, wówczas czarne dziury charakteryzują się nieobliczalnymi fluktuacjami promieniowania. Nawiasem mówiąc, jeszcze jedna cecha: zjawisko to jest wyjątkowe pod względem ilości zgromadzonej w nim energii. Nie ma obiektów we wszechświecie, które zawierają go więcej niż czarne dziury. W rzeczywistości mamy przed sobą niewyczerpane źródło!
Czarna dziura pojawiła się pierwotnie na papierze, gdy w XVIII wieku naukowcy - Mitchell i Laplace - zwrócili uwagę na „przewidywanie” zawarte w teorii Newtona. Matematyczne rozwiązanie tego problemu pojawiło się później. Na początku XIX wieku Pierre Laplace po raz pierwszy mówił o teoretycznej możliwości istnienia czarnych dziur. W słynnym „Kursie fizyki teoretycznej” Lev Landau i Jewgienij Lifshits nazwali tę zagadkę Wszechświata najpiękniejszą ze wszystkich istniejących teorii, a Max Born podziwiał ją „jako dzieło sztuki”.
Przedmiot ten wywołuje tego rodzaju postawę praktycznie w całym środowisku naukowym. Ale najwyraźniej amerykański fizyk K. Thorne wyraził najbardziej poetycko: „Ze wszystkich wynalazków ludzkiego umysłu, od jednorożców i chimer po bombę wodorową, najbardziej fantastyczny jest obraz czarnej dziury, której granicę nic nie może przekroczyć, a nawet światło jest przez nią opóźnione stranglehold."
W naszych czasach, używając orbitujących teleskopów do obserwacji, naukowcy ustalili interesujące fakty. Jak się okazało, czarne dziury dzielą się na dwa typy. Pierwsza z nich obejmuje masywne obiekty, których wymiary są rzędu trzech mas naszej gwiazdy. Drugi to tak zwany supermasywny (od miliona do miliarda mas Słońca). Teraz specjaliści ustalili lokalizację około 20 masywnych i około 200 supermasywnych czarnych dziur. Ponadto zidentyfikowano około 220 kolejnych miejsc, w których mogą znajdować się te obiekty.
„Główna tajemnica Wszechświata” nigdy nie przestaje dostarczać badaczom informacji do przemyślenia. Tak więc pojawia się wiele pytań w związku z odkryciem małych, ale supermasywnych czarnych dziur. Na przykład obiekt znajdujący się w centrum galaktyki NGC 4395 w konstelacji Psów Gończy jest ciekawy, ponieważ w przeciwieństwie do obliczeń matematycznych emituje promieniowanie rentgenowskie zaskakująco intensywnie. Ta czarna dziura jest równie potężna, jak jej szczególnie wielcy „krewni” w centrach innych galaktyk. Ale ta „niewidzialność” jest cięższa od Słońca „tylko” 50 000 razy, podczas gdy zwykłe supermasywne czarne dziury są z reguły miliony i miliardy razy masywniejsze od naszej gwiazdy.
Film promocyjny:
Obecność małych, ale szczególnie potężnych „tajemnic Wszechświata” może wyjaśnić właściwości jednego z typów aktywnych galaktyk. Uważa się, że w ich centrum znajdują się „niewidzialne”; takie galaktyki są mniej jasne niż kwazary, ale emitują duże ilości promieni rentgenowskich.
Supermasywne czarne dziury emitują do Wszechświata znacznie więcej energii niż wszystkie gwiazdy razem wzięte. Co więcej, wiele z tych obiektów prawdopodobnie powstało stosunkowo niedawno; naukowcy uważają, że co najmniej 15 procent wszystkich supermasywnych czarnych dziur powstało, gdy Wszechświat był o połowę starszy.
W tej chwili „niewidzialne” również nadal rośnie. W ciągu ostatnich dwóch lub trzech lat stało się jasne, że Wszechświat nie tylko się rozszerza, ale także robi to z całkiem przyzwoitym przyspieszeniem. Zapewniają ją ogromne niewidzialne masy materii. Tajemnicze „białe plamy” we wszechświecie wytwarzają 30 procent energii, dzięki której następuje ekspansja. Ale skąd pochodzi kolejne 70 procent, wciąż nie jest znane (naukowcy nazywają tę część „ciemną energią Wszechświata”).
Masy tajemniczych obiektów, które powstają w wyniku zapadnięcia się chmur gazu, są od milionów do miliardów razy większe od mas gwiazd. Wymiary takich „wysp ciemności” są porównywalne z rozmiarami naszego Układu Słonecznego. Co więcej, według astronomów supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum większości galaktyk. Nasz z tobą również nie jest wyjątkiem od ogólnej zasady. Co więcej, niedawne obserwacje supermasywnych „niewidzialnych” obiektów krążących wokół siebie w centrum NGC 6240 (w gwiazdozbiorze Wężownika) sugerowały, że w przypadku połączenia się galaktyk, ich czarne dziury również się łączą. Ten proces trwa kilkaset miliardów lat.
W rzeczywistości czarne dziury są niezbadanymi elementami naszego Wszechświata, rodzajem „białych plam”. Niemniej jednak współczesna fizyka faktycznie wymaga istnienia tego zjawiska. I w wystarczającej ilości. W rzeczywistości istnieje zaskakująco wiele takich aktywnych źródeł galaktycznych. W zakresie rentgenowskim widzimy 10 razy więcej galaktyk niż w najbardziej szczegółowych przeglądach optycznych!
Okazało się więc, że zjawisko to jest dość powszechne we Wszechświecie. Dlatego w ostatniej dekadzie pojawił się nowy obiecujący kierunek naukowy - demografia czarnych dziur. Bada rozmieszczenie tych tajemniczych obiektów w przestrzeni i ich interakcję z innymi obiektami materialnymi.
Stephen Hawking - człowiek nazywany „najbardziej tajemniczym naukowcem naszych czasów”, zwraca szczególną uwagę na badanie czarnych dziur. Nawiasem mówiąc, jest szefem wydziału w Cambridge, który kiedyś zajmował Izaak Newton. W tym miejscu należy wspomnieć, że ten wybitny brytyjski fizyk, który ma 12 stopni naukowych, laureat Nagrody Nobla (1998) i Orderu Honorowego, członek Królewskiego Towarzystwa Naukowego Wielkiej Brytanii i Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych, od prawie ćwierć wieku cierpi na rzadką postać stwardnienia zanikowego, co uczyniło go kaleka. Hawking porusza się tylko dzięki wózkowi inwalidzkiemu z silnikiem elektrycznym, wykłada na uczelni za pomocą elektronicznego syntezatora głosu (jego własną niewyraźną mowę rozumieją tylko bliscy profesorowie - żona i troje dzieci). Kontakt naukowca ze środowiskiem zewnętrznym zapewnia unikalny komputer,którą ten wyjątkowy człowiek kontroluje jedynym aktywnym palcem lewej ręki …
Na podstawie lat pracy Hawking doszedł do wniosku, że kwantowe parowanie czarnych dziur jest nieuniknione. Oznacza to, że te obiekty umierają. Ciekawa próba skorelowania wielkości i masy niesamowitych „białych plam” wszechświata. W szczególności obliczenia brytyjskiego naukowca wykazały: czarna dziura ważąca miliard ton (masa góry) miałaby … rozmiar neutronu lub protonu. Swoją drogą profesor jest przekonany, że czas powstania tajemniczego „niewidzialnego” przekracza czas życia samego Wszechświata! To prawda, że kwantowa teoria czarnych dziur jeszcze nie istnieje, co oznacza, że procesy wskazane przez Stephena Hawkinga nie są obecnie w pełni zrozumiałe.
Zwrócenie uwagi naukowców na problem istnienia „niewidzialnego” tłumaczy się bardzo dobrymi powodami. Stosunkowo niedawno amerykański teleskop Hubble'a odnotował ciekawy, ale niezbyt przyjemny fakt: czarna dziura GROJ 1655-40 z konstelacji Skorpiona zmierza prosto w kierunku naszego Słońca. Nieznany potwór jest oczywiście daleko od nas - w odległości 6000 lat świetlnych. Istnieje jednak powód do niepokoju. Prędkość tego obiektu budzi szacunek: to 40 000 kilometrów na godzinę! W trakcie swojego ruchu czarna dziura „zjada” gwiazdy. Najwyraźniej to samo stanie się w dalekiej od świetlanej przyszłości iz naszym własnym Słońcem. I podczas gdy naukowcy próbują dowiedzieć się, czym jest ten atak.
Stephen Hawking latem 2004 roku ogłosił, że całkowicie ujawnił tajemnicę czarnych dziur - główną tajemnicę kosmosu. W tym celu astrofizyk połączył teorię względności i mechanikę kwantową w jedną teorię. Hawking argumentuje, że czarne dziury nie są bynajmniej ogromnymi „masowymi grobami” gwiazd, czymś w rodzaju „pochłaniającej wszystko” substancji. W latach 70. naukowiec udowodnił, że wymiana energii między danym obiektem a przestrzenią zewnętrzną jest całkiem możliwa. Czarne dziury - „miejsce, w którym niszczona jest klasyczna koncepcja przestrzeni i czasu, a także wszystkie znane nam prawa fizyki” - to nie koniec wszechświata. Wyrzucają strumienie promieni i są zwykłymi ewoluującymi obiektami.
Jednak to odkrycie wywołało paradoks: brytyjski profesor zapewnił, że energia pochodząca z czarnej dziury nie zawiera żadnych „informacji” o zaabsorbowanej materii. Wtedy po wyparowaniu „niewidzialności” nie pozostaje po niej ani ślad, więc nie pozostaje żadna informacja. A to jest sprzeczne ze wszystkimi prawami mechaniki kwantowej. Stephen Hawking od 30 lat próbuje rozwiązać ten paradoks.
Teraz profesor uważa, że tajemnicze „białe plamy” wciąż pozwalają na ujawnienie informacji; wtedy wpadnięcie w czarną dziurę „nie jest biletem w jedną stronę”. Zgodnie z teorią Hawkinga, „niewidzialne” nie mają jasno określonego horyzontu zdarzeń, który ukrywa w nich wszystko przed światem zewnętrznym i nie niszczą całkowicie i bez śladu spadających ciał. Zamiast tego, ofiary pułapki grawitacyjnej nadal emitują energię przez dłuższy czas, podczas gdy „czarna dziura właśnie się tworzy”. „Ale później horyzont otwiera się i uwalnia informacje o tym, co spadło do wewnątrz, abyśmy mogli sprawdzić przeszłość i przewidzieć przyszłość” - zapewnia naukowiec. To prawda, jego kolejne oświadczenie natychmiast rozczarowało fanów science fiction: „Jeśli wpadniesz w czarną dziurę, twoja energia masy powróci do naszego wszechświata,ale w zniekształconej formie."
Nawiasem mówiąc, tajemnicze „niewidzialne”, jak się okazało, potrafią „śpiewać”! Oznacza to, że emanują z nich fale dźwiękowe. Na przykład podobny obiekt z konstelacji Perseusza (około 250 milionów lat świetlnych od Ziemi) nieustannie „mruczy” nutę odpowiadającą B-dur i 57 oktaw poniżej pierwszej oktawy. Co to jest? Dowód na proces podgrzewania chmury pyłu otaczającej czarną dziurę? Najwyraźniej tak. Jednak wyobraźnia kreśli obraz bardzo daleki od nauki: po wysłuchaniu kolejnej porcji przypuszczeń i domysłów na temat własnej osoby, wspaniały „niewidzialny” nadal ironicznie śmieje się z naukowców, śpiewając sobie prostą piosenkę o Czasie …
V. Syadro T. Iovleva O. Ochkurova