Juoda skylė

Kas yra juoda skylė:

Juoda skylė yra labai didelių proporcijų erdvė (paprastai didesnė už saulę) ir itin kompaktiška masė, dėl kurios gravitacinis laukas yra toks stiprus, kad neišskiria dalelių ar spinduliuotės.

Atsižvelgiant į tai, kad netgi šviesa yra čiulpta, juodosios skylės yra nematomos, o jų egzistavimą liudija tik jo apylinkėse pastebimos gravitacinės pasekmės, ypač per artimųjų dangiškųjų kūnų orbitų pokyčius, kurie dabar traukiami į juodąją skylę.

Teoriškai, tik kažkas, kuris juda greičiu, didesnis nei šviesos greitis, galėtų atlaikyti juodosios skylės gravitacinį lauką. Dėl šios priežasties neįmanoma tiksliai žinoti, kas atsitinka su šiuo klausimu.

Kiek didelis yra juoda skylė?

Juoda skylė egzistuoja įvairaus dydžio. Nepilnamečiai, žinomi kaip mokslas, vadinami pirmykščiais juodaisiais skylais ir yra manoma, kad jie yra atomo dydis, bet bendra kalnų masė.

Vidutinės juodosios skylės (kurių masė yra iki 20 kartų didesnė už bendrą saulės masę) vadinamos žvaigždėmis . Šioje kategorijoje mažiausia atrasta juodoji skylė turi 3, 8 karto didesnę saulės masę.

Didžiausios kataloguotos juodosios skylės vadinamos supermaziniu, dažnai randamos galaktikų centre. Pavyzdžiui, Paukščių tako centre yra Šaulys A, juoda skylė, kurios masė lygi 4 milijonams kartų saulės masės.

Iki šiol didžiausia žinoma juoda skylė vadinama S50014 + 81, kurios masė lygi keturiasdešimt milijardų kartų saulės masės.

Kaip formuojasi juodosios skylės?

Juodosios skylės susidaro iš dangaus kūnų gravitacinių žlugimų. Šie reiškiniai atsiranda, kai vidinis kūno slėgis (paprastai žvaigždės) yra nepakankamas, kad išlaikytų savo masę. Taigi, kai žvaigždės branduolys žlugsta dėl sunkio jėgos, dangiškasis kūnas sprogsta išleidžiant didžiulius energijos kiekius į įvykį, vadinamą supernova .

Supernovos vizualinis vaizdavimas.

Supernovos metu, per sekundę, visa žvaigždės masė yra suspausta į jos branduolį, judant maždaug 1/4 šviesos greičio (įskaitant ir šiuo metu sukuriami sunkiausi visatos elementai).

Tada sprogimas sukels neutronų žvaigždę arba, jei žvaigždė yra pakankamai didelė, rezultatas bus juodosios skylės susidarymas, kurio astronominė koncentruotos masės suma sukuria pirmiau minėtą gravitacinį lauką. Jame evakuacijos greitis (greitis, reikalingas tam tikrai dalelei ar spinduliuotei atsispirti patrauklumui) turi būti mažesnis už šviesos greitį.

Juoda skylių tipai

Vokietijos teorinis fizikas Albertas Einšteinas suformulavo hipotezių, susijusių su gravitacija, rinkinį, kuris buvo pagrindas šiuolaikinės fizikos atsiradimui. Ši idėjų grupė buvo vadinama „Bendrosios reliatyvumo teorija“, kurioje mokslininkas padarė keletą novatoriškų pastabų apie juodųjų skylučių gravitacinį poveikį.

Einšteinui juodosios skylės yra „erdvės laiko deformacijos, kurias sukelia didžiulė koncentruotos medžiagos kiekis“. Jo teorijos paskatino sparčią teritorijos pažangą ir leido klasifikuoti įvairių tipų juodas skyles:

Schwarzschild juoda skylė

Juoda skylė Schwarzschild yra tie, kurie neturi elektros įkrovimo ir taip pat neturi kampinio impulso, ty nesukasi aplink savo ašį.

Kerr Black Hole

„Kerr“ juodosios skylės neturi elektros įkrovimo, bet sukasi aplink savo ašį.

Reissner-Nordstrom juoda skylė

„Reissner-Nordstrom“ juodosios skylės turi elektrinį krūvį, tačiau nesukasi aplink savo ašį.

Kerr-Newman Black Hole

„Kerr-Newman“ juodosios skylės yra įkraunamos elektriniu būdu ir sukasi aplink jų ašį.

Teoriškai, visų tipų juodosios skylės galiausiai tampa „Schwarzschild“ juodosiomis skylėmis (statinės ir be elektros energijos), kai jos praranda pakankamai energijos ir nustoja suktis. Šis reiškinys yra žinomas kaip Penrose procesas . Tokiais atvejais vienintelis būdas atskirti vieną juodąją skylę nuo Schwarzschildo iš kitos yra matuoti jo masę.

Juodosios skylės struktūra

Juoda skylė yra nematoma, nes jų gravitacinis laukas yra neišvengiamas net ir šviesai. Taigi juodoji skylė turi tamsią paviršių, iš kurio nieko neatsispindi, ir nėra jokių įrodymų, kas atsitiks su elementais, kurie įsiurbia į jį. Tačiau, stebint poveikį, kurį jie sukelia aplinkoje, mokslas struktūruoja juodąsias skyles įvykių horizonte, savitumu ir ergosfera .

Renginių horizontas

Juodosios skylės gravitacinio lauko, nuo kurio nieko nenustatyta, ribos vadinamos įvykių horizontu arba tašku, kurio nėra .

Grafinis NASA pateikto renginio horizonto atvaizdas, kuriame stebima tobula sfera, iš kurios nėra šviesos.

Nors tai iš tikrųjų yra tik gravitacinės pasekmės, įvykių horizontas laikomas juodosios skylės struktūros dalimi, nes tai yra pastebimos fenomeno srities pradžia.

Yra žinoma, kad jos forma puikiai sferinė statinėse juodose skylėse ir pasvirusiose besisukančiose juodose skylėse.

Dėl laiko gravitacinio išsiplėtimo, juodosios skylės masės įtaka erdvės laikui sukelia įvykių horizontą, net ir už jos ribų, kad pasiektų šiuos efektus:

• Tolimam stebėtojui laikrodis, esantis šalia renginio horizonto, judėtų lėčiau nei kitas. Taigi, bet koks objektas, įsiurbtas į juodąją skylę, atrodo, sulėtės, kol pasirodys laiku paralyžiuotas.
• Tolimam stebėtojui objektas, artėjęs prie įvykių horizonto, prisiimtų rausvą atspalvį, kurį sukelia fizinis reiškinys, vadinamas raudonąja permaina, nes šviesos dažnis sumažinamas juodosios skylės gravitaciniu lauku.
• Objekto požiūriu laikas visam visatui paspartintų greitį, o pats savaime praeis laikas.

Savitumas

Juodosios skylės centrinis taškas, kuriame žvaigždės masė tapo be galo koncentruota, vadinama singuliarumu, apie kurį mažai žinoma. Teoriškai vienaskaitoje yra visa žlugusios žvaigždės masė, pridedama prie visų kūnų, įsiurbtų gravitacinio lauko, bet neturi tūrio ar paviršiaus.

Ergosfera

Ergosfera yra sritis, apeinanti įvykio horizontą besisukančiose juodose skylėse, kuriose dangaus kūnui neįmanoma stovėti.

Tačiau pagal Einšteino reliatyvumą, bet kuris besisukantis objektas linkęs priartinti vietos laiką. Sukamojoje juodoje skylėje šis efektas yra toks stiprus, kad dangaus kūnui būtų būtina judėti priešinga kryptimi didesniu greičiu nei šviesa.

Svarbu nesupainioti ergosferos poveikio su įvykio horizonto poveikiu. Ergosfera neskveria gravitacinio lauko objektų . Taigi, viskas, kas su juo susilieja, bus perkelta tik erdvės metu ir bus pritraukta tik tada, kai ji kerta įvykio horizontą.

Stephen Hawking teorijos apie juodas skyles

Stephen Hawking buvo vienas įtakingiausių 20 ir 21-ojo amžiaus fizikų ir kosmologų, o iš savo daugelio įnašų „Hawking“ išsprendė keletą Einšteino siūlomų teorijų, kurios prisidėjo prie teorijos, kad visata prasidėjo savitumu, toliau stiprindama vadinamąją Didelis sprogimas .

„Hawking“ taip pat manė, kad juodosios skylės nėra visiškai juodos, bet išskiria nedidelį šiluminės spinduliuotės kiekį. Šis poveikis fizikoje buvo žinomas kaip „ Hawking Radiation“ . Ši teorija prognozuoja, kad juodosios skylės prarastų masę su išlaisvinta spinduliuote ir, esant labai lėtam procesui, sumažėtų iki išnykimo.