Черные дыры в космосе: интересные факты

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

черная дыра

Содержание:

  • История открытия

  • Образование

  • Количество во Вселенной

  • Теория черных дыр

  • Свойства

  • Испарение

  • Самая большая черная дыра

  • Самая маленькая черная дыра

  • Черные дыры – каннибалы

  • Интересные факты

    Черные дыры – пожалуй, самые таинственные и загадочные астрономические объекты в нашей Вселенной, с момента своего открытия привлекают внимание ученых мужей и будоражат фантазию писателей-фантастов. Что же такое черные дыры и что они из себя представляют? Черные дыры – это погаснувшие звезды, в силу своих физических особенностей, обладающие настолько высокой плотностью и настолько мощной гравитацией, что даже свету не удается вырваться за их пределы.

    История открытия

    Впервые теоретическое существование черных дыр, еще задолго до их фактического открытия предположил некто Д. Мичел (английский священник из графства Йоркшир, на досуге увлекающийся астрономией) в далеком 1783 году. По его расчетам, если наше Солнце взять и сжать (говоря современным компьютерным языком – заархивировать) до радиуса в 3 км., образуется настолько большая (просто огромная) сила гравитации, что даже свет не сможет ее покинуть. Так и появилось понятие «черная дыра», хотя на самом деле она вовсе не черная, на наш взгляд более подходящим был бы термин «темная дыра», ведь имеет место именно отсутствие света.

    Позже, в 1918 году о вопросе черных дыр в контексте теории относительности писал великий ученый Альберт Эйнштейн. Но только в 1967 году стараниями американского астрофизика Джона Уиллера понятие черных дыр окончательно завоевало место в академических кругах.

    Как бы там ни было, и Д. Мичел, и Альберт Эйнштейн, и Джон Уиллер в своих работах предполагали только теоретическое существование этих загадочных небесных объектов в космическом пространстве, однако подлинное открытие черных дыр состоялось в 1971 году, именно тогда они впервые были замечены в телескоп.

    черная дыра

    Так выглядит черная дыра.

    Образование

    Как мы знаем из астрофизики, все звезды (в том числе и наше Солнце) имеют некоторый ограниченный запас топлива. И хотя жизнь звезды может длиться миллиарды лет, рано или поздно этот условный запас топлива подходит к концу, и звезда «гаснет». Процесс «угасания» звезды сопровождается интенсивными термодинамическими реакциями, в ходе которых звезда проходит значительную трансформацию и в зависимости от своего размера может превратиться в белого карлика, нейтронную звезду или же черную дыру. Причем в черную дыру, обычно, превращаются самые крупные звезды, обладающие невероятно внушительными размерами – за счет сжимание этих самых невероятных размеров происходит многократное увеличение массы и силы гравитации новообразованной черной дыры, которая превращается в своеобразный галактический пылесос – поглощает все и вся вокруг себя.

    черная дыра поглощает звезду

    Черная дыра поглощает звезду.

    Маленькая ремарка – наше Солнце по галактическим меркам вовсе не является крупной звездой и после угасания, которое произойдет примерно через несколько миллиардов лет, в черную дыру, скорее всего, не превратиться.

    Но будем с вами откровенны – на сегодняшний день, ученые пока еще не знают всех тонкостей образования черной дыры, несомненно, это чрезвычайно сложный астрофизический процесс, который сам по себе может длиться миллионы лет. Хотя возможно продвинуться в этом направлении могло бы обнаружение и последующее изучение так званых промежуточных черных дыр, то есть звезд, находящихся в состоянии угасания, у которых как раз происходит активный процесс формирования черной дыры. К слову, подобная звезда была обнаружена астрономами в 2014 году в рукаве спиральной галактики.

    Количество во Вселенной

    Согласно теориям современных ученых в нашей галактике Млечного пути может находиться до сотни миллионов черных дыр. Не меньшее их количество может быть и в соседней с нами галактике Андромеда, до которой от нашего Млечного пути лететь всего нечего – 2,5 миллиона световых лет.

    Теория черных дыр

    Не смотря на огромную массу (которая в сотни тысяч раз превосходит массу нашего Солнца) и невероятной силы гравитацию увидеть черные дыры в телескоп было не просто, ведь они совсем не излучают света. Ученым удалось заметить черную дыру только в момент ее «трапезы» – поглощения другой звезды, в этот момент появляется характерное излучение, которое уже можно наблюдать. Таким образом, теория черной дыры нашла фактическое подтверждение.

    Свойства

    Основное свойство черно дыры – это ее невероятные гравитационные поля, не позволяющие окружающему пространству и времени оставаться в своем привычном состоянии. Да, вы не ослышались, время внутри черной дыры протекает в разы медленнее чем обычно, и окажись вы там, то вернувшись обратно (если б вам так повезло, разумеется) с удивлением бы заметили, что на Земле прошли века, а вы даже состариться не успели. Хотя будем правдивы, окажись внутри черной дыры вы вряд ли бы выжили, так как сила гравитации там такая, что любой материальный объект просто разорвала бы даже не на части, на атомы.

    А вот окажись вы даже поблизости черной дыры, в пределах действия ее гравитационного поля, то вам тоже пришлось бы не сладко, так как, чем сильнее вы бы сопротивлялись ее гравитации, пытаясь улететь подальше, тем быстрее бы упали в нее. Причинной этому казалось бы парадоксу является гравитационное вихревое поле, которым обладают все черные дыры.

    Испарение

    Английский астроном С. Хокинг открыл интересный факт: черные дыры также, оказывается, выделяют испарение. Правда это касается только дыр сравнительно небольшой массы. Мощная гравитация около них рождает пары частиц и античастиц, один из пары втягивается дырой внутрь, а второй исторгается наружу. Таким образом, черная дыра излучает жесткие античастицы и гамма-кванты. Это испарение или излучение черной дыры было названо на честь ученого, открывшего его – «излучение Хокинга».

    Самая большая черная дыра

    Согласно теории черных дыр в центре почти всех галактик находятся огромные черные дыры с массами от нескольких миллионов до нескольких миллиардом солнечных масс. И сравнительно недавно учеными были открыты две самые большие черные дыры, известные на сегодняшний момент, они находятся в двух близлежащих галактиках: NGC 3842 и NGC 4849.

    NGC 3842 – самая яркая галактика в созвездии Льва, от нас находится на расстоянии 320 миллионов световых лет. В центре нее иметься огромная черная дыра массой в 9,7 миллиарда солнечных масс.

    NGC 4849 – галактика в скопление Кома, на расстоянии 335 миллионов световых лет от нас может похвалится не менее внушительной черной дырой.

    Зоны действия гравитационного поля этих гигантских черных дыр, или говоря академическим языком, их горизонт событий, примерно в 5 раз больше дистанции от Солнца до Плутона! Такая черна дыра скушала бы нашу солнечную систему и даже не поперхнулась бы.

    Черная дыра

    Самая маленькая черная дыра

    Но есть в обширном семействе черных дыр и совсем маленькие представители. Так самая карликовая черная дыра, открытая учеными на настоящий момент по своей массе всего лишь в 3 раза превосходит массу нашего Солнца. По сути это теоретический минимум, необходимый для образования черной дыры, будь та звезда чуть меньше, дыра бы не образовалась.

    Черные дыры – каннибалы

    Да, есть такое явление, как мы писали выше, черные дыры являются своего рода «галактическими пылесосами», поглощающими все вокруг себя, и в том числе и… другие черные дыры. Недавно астрономами было обнаружено поедание черной дыры из одной галактике еще большой черной обжорой из другой галактики.

    Интересные факты

    • Согласно гипотезам некоторых ученых черные дыры являются не только галактическими пылесосами, всасывающими все в себя, но при определенных обстоятельствах могут и сами порождать новые вселенные.
    • Черные дыры могут испаряться со временем. Выше мы писали, что английским ученым Стивеном Хокингом было открыто, что черные дыры имеют свойство излучение и через какой-то очень большой отрезок времени, когда поглощать вокруг будет уже нечего, черная дыра начнет больше испарять, пока со временем не отдаст всю свой массу в окружающий космос. Хотя это только предположение, гипотеза.
    • Черные дыры замедляют время и искривляют пространство. О замедлении времени мы уже писали, но и пространство в условиях черной дыры будет совершенно искривлено.
    • Черные дыры ограничивают количество звезд во Вселенной. А именно их гравитационные поля препятствуют остыванию газовых облаков в космосе, из которых, как известно, рождаются новые звезды.


    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.


    Эта статья доступна на английском языке – Black Holes in Space: the Most Interesting Facts.

  • 15 комментариев

    • Учёные обнаружили тип черной дыры, которая стирает прошлое и будущее https://vnauke.in.ua/kosmos/uchyonyie-obnaruzhili-tip-chernoy-dyiryi-v-kotoraya-stiraet-proshloe-i-budushhee/

    • “это чрезвычайно сложный астрофизический процесс, который сам по себе может длиться миллионы световых лет”. Вы серьезно? Измерять в время в световых годах – это что-то новое. Используйте другие термины для обозначения времени.

    • Dan Red согласен с вашим замечанием, наверное измерять время в световых годах не лучшая идея, можно просто было написать “миллионы лет”. Земных, разумеется, ведь год на Юпитере или Плутоне имеют разные временные интервалы к примеру. В любом случае спасибо за конструктивную критику. :)

    • Отличная статья! Спасибо автору за четкий и грамотный материал. А на остальные вопросы по поводу природы черных дыр в будущем даст ответ квантовая физика. Только в астрономии световой год это единица измерения расстояния, а не времени. И он равен 9 460 730 472 580 800 метрам, 63 241,077 астрономической единицы (а.е.), 0,306 601 парсека. А в целом очень понравился материал. Интересно было узнать об излучении Хокинга, о самой большой черное дыре и что случится с человеком при попадании туда. Понравились еще видео в этой статье. Видно, что автор хорошо проработал материал. Спасибо большое!

    • Анна и Вам спасибо за отзыв о статье, рад что Вам она понравилась, старался сделать ее максимально интересной. С уважением, автор.

    • Я думаю. что черная дыра это как “песочные часы: в настоящее время наша галактика “Млечный путь” расширяется, это не бесконечно, с образованием черной дыры в центре галактики она начнет сжиматься. В течение нескольких миллиардов лет начнет поглощать все вокруг, пропуская через узкое горло – “черную дыру” все в зоне действия ее гравитации, в нижней половине “песочных часов” образуется новая расширяющаяся галактика, через многие миллиарды лет все повторяется. Так живут галактики и вселенная. Я так думаю.

    • По этому поводу мы может только допускать различные гипотезы, сказать что-то более менее точное наука пока не может.

    • “за счет сжимание этих самых невероятных размеров происходит многократное увеличение массы и силы гравитации новообразованной черной дыры” Увеличение силы гравитации действительно происходит, но масса почему увеличивается? Наверно увеличивается плотность. Я так понимаю. Спасибо большое за материал. Мы с учениками рассмотрели фото, спасибо, захватывает дух.

    • Отлично, что вам и вашим ученикам статья оказалась полезной :))

    • Мне непонятно, как и куда могут улететь оставшиеся половинки, из образовавшихся частиц и античастиц, если они находятся практически на горизонте событий, где мощнейшие гравитационные силы.Ладно, гамма-кванты ещё могут вырваться из гравитационного плена, потеряв изрядную долю своей энергии, так как не имеют массу покоя, но частицы …Сколько же надо энергии, чтобы частица набрала скорость достаточную чтобы вырваться из гравитационного поля чёрной дыры. Вряд ли она далеко улетит от чёрной дыры, и со временем всё-таки упадёт в чёрную дыру.Ну если только античастица, да и то если она будет иметь отрицательную гравитационную массу.А так, испарение чёрной дыры будет происходить только за счёт эл.магнитного излучения.

    • Черная дыра – мусорщик, собирает отжившие галактики, звезды и планеты. Достигнув критической массы (плотности и веса) самоуничтожается, как ядерные заряды, рождая при этом огромное количество космической пыли из которой в последствии формируются новые космические системы – галактики, солнечные, планеты …
      То есть , как круговорот воды на планете Земля…

    • Очень интересная статья!Просто супер,куча новых эмоций для меня!Поделился с друзьями,расширил кругозор!
      Даже для меня школьника всё понятно и просто!

    • Илья рад что Вам понравилась моя статья о черных дырах)).

    • Очень интересная статья. Мурашки по коже

    • Вы пишите: “Ученым удалось заметить черную дыру только в момент ее «трапезы» – поглощения другой звезды, в этот момент появляется характерное излучение, которое уже можно наблюдать. Таким образом, теория черной дыры нашла фактическое подтверждение.” То, что ученые зафиксировали момент трапезы не доказывает всю теорию черной дыры (тем более, что она еще не полна), а всего лишь факт наличия тел, по некоторым свойствам напоминающих то, что мы называем “черные дыры”. Но для любителей астрономии школьного уровня, очень желающих увидеть именно черную дыру-такой вывод вполне пойдет.