Modern bilim adamları için bir kara delik, evrenimizdeki en gizemli fenomenlerden biridir. Bu tür nesnelerin incelenmesi zordur, onları "deneyimle" denemek mümkün değildir. Bir kara deliğin maddesinin kütlesi, yoğunluğu, bu nesnenin oluşum süreçleri, boyutlar - tüm bunlar uzmanlar arasında ilgi uyandırıyor ve zaman zaman - şaşkınlık. Konuyu daha ayrıntılı olarak ele alalım. Önce böyle bir nesnenin ne olduğunu analiz edelim.
Genel bilgi
Kozmik bir nesnenin şaşırtıcı bir özelliği, küçük bir yarıçap, yüksek yoğunlukta bir kara delik maddesi ve inanılmaz derecede büyük bir kütlenin birleşimidir. Böyle bir nesnenin şu anda bilinen tüm fiziksel özellikleri, bilim adamlarına garip, genellikle açıklanamaz görünüyor. En deneyimli astrofizikçiler bile bu tür fenomenlerin özelliklerine hala hayret ediyor. Bilim adamlarının bir kara deliği tanımlamasına izin veren ana özellik, olay ufkudur, yani sınırdır.ışık dahil hiçbir şey geri gelmez. Bir bölge kalıcı olarak ayrılmışsa, ayırma sınırı olay ufku olarak belirlenir. Geçici ayırma ile görünür bir ufkun varlığı sabitlenir. Bazen zaman çok gevşek bir kavramdır, yani bölge evrenin mevcut yaşını aşan bir süre için ayrılabilir. Uzun süredir var olan bir görünür ufuk varsa, onu olay ufkundan ayırt etmek zordur.
Bir kara deliğin özellikleri, onu oluşturan maddenin yoğunluğu birçok yönden dünya yasalarımızda işleyen diğer fiziksel niteliklerden kaynaklanmaktadır. Küresel olarak simetrik bir kara deliğin olay ufku, çapı kütlesi tarafından belirlenen bir küredir. İçeri doğru ne kadar fazla kütle çekilirse, delik o kadar büyük olur. Yine de yerçekimi basıncı içerideki her şeyi sıkıştırdığı için yıldızların arka planında şaşırtıcı derecede küçük kalıyor. Kütlesi gezegenimize karşılık gelen bir delik hayal edersek, böyle bir cismin yarıçapı birkaç milimetreyi geçmeyecek, yani dünyadan on milyar daha az olacaktır. Yarıçap adını, Einstein'ın genel görelilik kuramına bir çözüm olarak kara delikleri ilk çıkartan bilim adamı Schwarzschild'den almıştır.
Ya içeride?
Böyle bir nesneye giren bir kişinin kendi üzerinde büyük bir yoğunluk fark etmesi pek olası değildir. Bir kara deliğin özellikleri, ne olacağından emin olmak için iyi anlaşılmamıştır, ancak bilim adamları, ufku geçerken özel hiçbir şeyin ortaya çıkarılamayacağına inanmaktadır. Bu, Einstein'ın eşdeğeri ile açıklanır.ufkun eğriliğini oluşturan alan ile düzlemin doğasında bulunan ivmenin neden gözlemci için farklı olmadığını açıklayan ilke. Geçiş sürecini belli bir mesafeden takip ederken, cismin bu yerde zaman yavaş akıyormuş gibi ufka yakın bir yerde yavaşlamaya başladığını görebilirsiniz. Bir süre sonra nesne ufku geçecek, Schwarzschild yarıçapına düşecektir.
Karadelikteki maddenin yoğunluğu, bir cismin kütlesi, boyutları, gelgit kuvvetleri ve yerçekimi alanı yakından ilişkilidir. Yarıçap ne kadar büyük olursa, yoğunluk o kadar düşük olur. Ağırlık arttıkça yarıçap artar. Gelgit kuvvetleri ağırlığın karesiyle ters orantılıdır, yani boyutlar arttıkça ve yoğunluk azaldıkça cismin gelgit kuvvetleri azalır. Cismin kütlesi çok büyükse, bu gerçeği fark etmeden ufkun üstesinden gelmek mümkün olacaktır. Genel göreliliğin ilk günlerinde ufukta bir tekillik olduğuna inanılıyordu, ancak durumun öyle olmadığı ortaya çıktı.
Yoğunluk Hakkında
Çalışmaların gösterdiği gibi, bir kara deliğin yoğunluğu, kütlesine bağlı olarak az ya da çok olabilir. Farklı nesneler için bu gösterge değişir, ancak her zaman artan yarıçapla azalır. Malzeme birikimi nedeniyle geniş bir şekilde oluşan süper kütleli delikler görünebilir. Ortalama olarak, kütlesi sistemimizdeki birkaç milyar armatürün toplam kütlesine tekabül eden bu tür nesnelerin yoğunluğu, suyun yoğunluğundan daha azdır. Bazen gaz yoğunluğu seviyesi ile karşılaştırılabilir. Bu nesnenin gelgit kuvveti, gözlemci ufku geçtikten sonra zaten etkinleştirilir. Etkinlikler. Varsayımsal kaşif, ufka yaklaşırken zarar görmeyecek ve disk plazmasından korunma bulursa binlerce kilometre düşecekti. Gözlemci arkasına bakmazsa, ufkun geçildiğini fark etmeyecek ve başını çevirirse, muhtemelen ufukta donmuş ışık ışınları görecektir. Gözlemci için zaman çok yavaş akacak, deliğin yakınındaki olayları ölüm anına kadar takip edebilecek - ya kendisi ya da Evren.
Süper kütleli bir kara deliğin yoğunluğunu belirlemek için kütlesini bilmeniz gerekir. Bu miktarın değerini ve uzay nesnesinin doğasında bulunan Schwarzschild hacmini bulun. Ortalama olarak, astrofizikçilere göre böyle bir gösterge son derece küçüktür. Etkileyici bir vaka yüzdesinde, hava yoğunluğu seviyesinden daha azdır. Fenomen şu şekilde açıklanmaktadır. Schwarzschild yarıçapı ağırlıkla doğrudan ilişkilidir, yoğunluk ise hacimle ve dolayısıyla Schwarzschild yarıçapıyla ters orantılıdır. Hacim doğrudan küp yarıçapı ile ilgilidir. Kütle lineer olarak artar. Buna göre, hacim ağırlıktan daha hızlı büyür ve ortalama yoğunluk küçülür, incelenen nesnenin yarıçapı büyüdükçe.
Bilmeyi merak ediyorum
Bir deliğin doğasında bulunan gelgit kuvveti, ufukta oldukça büyük olan yerçekimi kuvvetinin bir gradyanıdır, bu nedenle fotonlar bile buradan kaçamaz. Aynı zamanda, parametredeki artış oldukça düzgün bir şekilde gerçekleşir, bu da gözlemcinin kendisi için risk oluşturmadan ufku aşmasını mümkün kılar.
Bir kara deliğin yoğunluğuna ilişkin araştırmalarnesnenin merkezi hala nispeten sınırlıdır. Astrofizikçiler, merkezi tekilliğe ne kadar yakınsa, yoğunluk seviyesinin o kadar yüksek olduğunu belirlediler. Daha önce bahsedilen hesaplama mekanizması, neler olduğu hakkında çok ortalama bir fikir edinmenizi sağlar.
Bilim adamlarının delikte neler olduğu, yapısı hakkında son derece sınırlı fikirleri var. Astrofizikçilere göre, bir delikteki yoğunluk dağılımı, en azından mevcut seviyede, dışarıdan bir gözlemci için çok önemli değil. Yerçekimi, ağırlık hakkında çok daha bilgilendirici özellikler. Kütle ne kadar büyük olursa, merkez o kadar güçlü olur, ufuk birbirinden ayrılır. Bu tür varsayımlar da var: ufkun hemen ötesinde, madde prensipte yoktur, sadece nesnenin derinliklerinde tespit edilebilir.
Bilinen herhangi bir sayı var mı?
Bilim adamları uzun zamandır bir kara deliğin yoğunluğu hakkında düşünüyorlar. Belli çalışmalar yapıldı, hesap yapılmaya çalışıldı. İşte onlardan biri.
Güneş kütlesi 210^30 kg'dır. Güneş'ten birkaç kat daha büyük bir nesnenin yerinde bir delik oluşabilir. En hafif deliğin yoğunluğunun ortalama 10^18 kg/m3 olduğu tahmin edilmektedir. Bu, bir atomun çekirdeğinin yoğunluğundan daha yüksek bir büyüklük sırasıdır. Bir nötron yıldızının ortalama yoğunluk seviyesi özelliğinden yaklaşık olarak aynı fark.
Boyutları çekirdek altı parçacıklara karşılık gelen ultra hafif deliklerin varlığı mümkündür. Bu tür nesneler için yoğunluk indeksi engelleyici bir şekilde büyük olacaktır.
Gezegenimiz bir delik olursa, yoğunluğu yaklaşık 210^30 kg/m3 olacaktır. Ancak bilim adamları bunu başaramadılar.uzay evimizin bir kara deliğe dönüşebileceği süreçleri ortaya çıkarın.
Sayılar hakkında daha detaylı
Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin yoğunluğunun 1,1 milyon kg/m3 olduğu tahmin ediliyor. Bu cismin kütlesi 4 milyon güneş kütlesine tekabül ediyor. Deliğin yarıçapının 12 milyon km olduğu tahmin ediliyor. Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin belirtilen yoğunluğu, süper kütleli deliklerin fiziksel parametreleri hakkında fikir verir.
Bir cismin ağırlığı 10^38 kg ise, yani yaklaşık 100 milyon Güneş olduğu tahmin ediliyorsa, o zaman astronomik bir cismin yoğunluğu gezegenimizde bulunan granitin yoğunluk seviyesine karşılık gelecektir.
Modern astrofizikçiler tarafından bilinen tüm delikler arasında en ağır deliklerden biri OJ 287 kuasarında bulundu. Ağırlığı sistemimizin 18 milyar armatürüne tekabül ediyor. Bir kara deliğin yoğunluğu nedir, bilim adamları çok zorlanmadan hesapladılar. Değerin kaybolacak kadar küçük olduğu ortaya çıktı. Sadece 60 g/m3. Karşılaştırma için: gezegenimizin atmosferik havasının yoğunluğu 1,29 mg/m3.
Delikler nereden geliyor?
Bilim adamları, bir karadeliğin yoğunluğunu, sistemimizin yıldızı veya diğer kozmik cisimlerle karşılaştırmalı olarak belirlemek için araştırma yapmakla kalmadı, aynı zamanda deliklerin nereden geldiğini, bu tür oluşum mekanizmalarının neler olduğunu belirlemeye çalıştı. gizemli nesneler Şimdi deliklerin ortaya çıkması için dört yol fikri var. En anlaşılır seçenek bir yıldızın çöküşüdür. Büyüdüğünde çekirdekte sentez tamamlanır,basınç kaybolur, madde ağırlık merkezine düşer ve bir delik oluşur. Merkeze yaklaştıkça yoğunluk artar. Er ya da geç, gösterge o kadar önemli hale gelir ki, dış nesneler yerçekiminin etkilerinin üstesinden gelemez. Bu noktadan sonra yeni bir delik belirir. Bu tip diğerlerinden daha yaygındır ve güneş kütlesi delikleri olarak adlandırılır.
Oldukça yaygın olan diğer bir delik türü de süper kütleli olandır. Bunlar daha çok galaktik merkezlerde gözlenir. Yukarıda açıklanan güneş kütlesi deliğine kıyasla nesnenin kütlesi milyarlarca kat daha fazladır. Bilim adamları, bu tür nesnelerin tezahür süreçlerini henüz oluşturmadılar. Yukarıda açıklanan mekanizmaya göre önce bir deliğin oluştuğu, ardından komşu yıldızların emildiği ve bunun da büyümeye yol açtığı varsayılmaktadır. Bu, galaksinin bölgesi yoğun bir şekilde doldurulursa mümkündür. Maddenin absorpsiyonu, yukarıdaki şemanın açıklayabileceğinden daha hızlı gerçekleşir ve bilim adamları, absorpsiyonun nasıl ilerlediğini henüz tahmin edemezler.
Varsayımlar ve fikirler
Astrofizikçiler için çok zor bir konu, ilkel deliklerdir. Böyle, muhtemelen, herhangi bir kütleden ortaya çıkar. Büyük dalgalanmalarda oluşabilirler. Muhtemelen, bu tür deliklerin ortaya çıkışı Evren'in başlarında gerçekleşti. Şimdiye kadar, kara deliklerin niteliklerine, özelliklerine (yoğunluk dahil) ve görünümlerinin süreçlerine yönelik çalışmalar, birincil bir deliğin görünüm sürecini doğru bir şekilde yeniden üreten bir model belirlememize izin vermiyor. Halihazırda bilinen modeller, ağırlıklı olarak, gerçekte uygulandıkları takdirde,çok fazla delik olurdu.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısının, kütlesi Higgs bozonuna karşılık gelen bir deliğin oluşum kaynağı olabileceğini varsayalım. Buna göre kara deliğin yoğunluğu çok büyük olacaktır. Böyle bir teori doğrulanırsa, ekstra boyutların varlığı için dolaylı kanıt olarak kabul edilebilir. Şu anda, bu spekülatif sonuç henüz doğrulanmadı.
Bir delikten radyasyon
Bir deliğin emisyonu, maddenin kuantum etkileriyle açıklanır. Uzay dinamiktir, dolayısıyla buradaki parçacıklar alıştığımızdan tamamen farklıdır. Deliğin yanında, sadece zaman bozulmuyor; Bir parçacığı anlamak, büyük ölçüde onu kimin gözlemlediğine bağlıdır. Birisi bir deliğe düşerse, ona bir boşluğa dalıyormuş gibi gelir ve uzak bir gözlemci için parçacıklarla dolu bir bölge gibi görünür. Etki, zaman ve mekanın esnemesiyle açıklanır. Delikten gelen radyasyon ilk olarak fenomene adı verilen Hawking tarafından tanımlandı. Radyasyon, kütle ile ters orantılı bir sıcaklığa sahiptir. Astronomik bir nesnenin ağırlığı ne kadar düşükse, sıcaklık da o kadar yüksek olur (bir kara deliğin yoğunluğunun yanı sıra). Delik süper kütleliyse veya bir yıldızla karşılaştırılabilir bir kütleye sahipse, radyasyonunun doğal sıcaklığı mikrodalga arka planından daha düşük olacaktır. Bu nedenle onu gözlemlemek mümkün değil.
Bu radyasyon veri kaybını açıklıyor. Bu, farklı bir kaliteye sahip olan termal bir olgunun adıdır - sıcaklık. Çalışma boyunca delik oluşum süreçleri hakkında hiçbir bilgi yoktur, ancak bu tür radyasyon yayan bir nesne aynı anda kütlesini kaybeder (ve dolayısıyla büyür)kara deliğin yoğunluğu) azalır. İşlem, deliğin oluşturulduğu madde tarafından belirlenmez, daha sonra neyin emildiğine bağlı değildir. Bilim adamları, deliğin tabanının ne olduğunu söyleyemezler. Dahası, araştırmalar radyasyonun geri döndürülemez bir süreç olduğunu, yani kuantum mekaniğinde basitçe var olamayacak bir süreç olduğunu göstermiştir. Bu, radyasyonun kuantum teorisi ile uzlaştırılamayacağı ve tutarsızlığın bu yönde daha fazla çalışma gerektirdiği anlamına gelir. Bilim adamları Hawking radyasyonunun bilgi içermesi gerektiğine inanırken, henüz onu tespit edecek araçlara ve yeteneklere sahip değiliz.
Meraklı: nötron yıldızları hakkında
Bir süperdev varsa, bu böyle astronomik bir cismin ebedi olduğu anlamına gelmez. Zamanla değişir, dış katmanları atar. Kalıntılardan beyaz cüceler çıkabilir. İkinci seçenek nötron yıldızlarıdır. Spesifik süreçler, birincil gövdenin nükleer kütlesi tarafından belirlenir. 1.4-3 güneş içinde tahmin edilirse, süperdevin yok edilmesine, elektronların olduğu gibi protonlara bastırılması nedeniyle çok yüksek basınç eşlik eder. Bu, nötronların oluşumuna, nötrinoların emisyonuna yol açar. Fizikte buna nötron dejenere gaz denir. Basıncı o kadar fazladır ki, yıldız daha fazla büzüşemez.
Ancak, çalışmaların gösterdiği gibi, muhtemelen tüm nötron yıldızları bu şekilde ortaya çıkmadı. Bazıları ikinci bir süpernova gibi patlayan büyüklerin kalıntıları.
Tom vücut yarıçapıdaha fazla kütleden daha az. Çoğu için, 10-100 km arasında değişir. Kara deliklerin, nötron yıldızlarının yoğunluklarını belirlemek için çalışmalar yapıldı. İkincisi için, testlerin gösterdiği gibi, parametre atomik olana nispeten yakındır. Astrofizikçiler tarafından belirlenen belirli rakamlar: 10^10 g/cm3.
Meraklı: teori ve pratik
Nötron yıldızları teoride geçen yüzyılın 60'lı ve 70'li yıllarında tahmin edildi. Pulsarlar ilk keşfedilenlerdi. Bunlar, dönüş hızı çok yüksek olan küçük yıldızlardır ve manyetik alan gerçekten görkemlidir. Pulsarın bu parametreleri orijinal yıldızdan aldığı varsayılır. Dönme süresi milisaniyeden birkaç saniyeye kadar değişir. Bilinen ilk pulsarlar periyodik radyo emisyonu yayarlardı. Günümüzde X-ışını spektrum radyasyonu, gama radyasyonu olan pulsarlar bilinmektedir.
Tarif edilen nötron yıldızı oluşum süreci devam edebilir - onu durdurabilecek hiçbir şey yoktur. Nükleer kütle üç güneş kütlesinden fazlaysa, noktasal gövde çok kompakttır, buna delikler denir. Kütlesi kritik olandan daha büyük olan bir kara deliğin özelliklerini belirlemek mümkün olmayacaktır. Hawking radyasyonu nedeniyle kütlenin bir kısmı kaybolursa, yarıçap aynı anda azalacaktır, bu nedenle ağırlık değeri yine bu nesne için kritik değerden daha az olacaktır.
Bir delik ölebilir mi?
Bilim adamları, parçacıkların ve karşı parçacıkların katılımı nedeniyle süreçlerin varlığına dair varsayımlar öne sürüyorlar. Elemanların dalgalanması, boş alanın karakterize edilmesine neden olabilir.sıfır enerji seviyesi, ki bu (işte bir paradoks!) sıfıra eşit olmayacak. Aynı zamanda, bedende bulunan olay ufku, mutlak siyah cisimde bulunan düşük enerjili bir spektrum alacaktır. Bu tür radyasyon kütle kaybına neden olur. Ufuk biraz küçülecek. Bir parçacık ve onun antagonistinin iki çifti olduğunu varsayalım. Bir çiftten bir parçacığın ve diğerinden onun antagonistinin yok edilmesi vardır. Sonuç olarak, delikten dışarı uçan fotonlar vardır. Önerilen parçacıkların ikinci çifti, aynı anda bir miktar kütle, enerji emerek deliğe düşer. Yavaş yavaş, bu kara deliğin ölümüne yol açar.
Sonuç olarak
Bazılarına göre kara delik bir tür kozmik elektrikli süpürgedir. Bir delik bir yıldızı yutabilir, hatta bir galaksiyi "yiyebilir". Birçok yönden, bir deliğin niteliklerinin açıklaması ve oluşumunun özellikleri görelilik teorisinde bulunabilir. Ondan zamanın ve uzayın sürekli olduğu bilinmektedir. Bu, sıkıştırma işlemlerinin neden durdurulamayacağını açıklar, bunlar sınırsız ve sınırsızdır.
Bunlar, astrofizikçilerin on yıldan fazla bir süredir üzerinde kafa yorduğu bu gizemli kara delikler.
