Черная дыра — это настолько плотно сжатый объект, что даже световое излучение не может его покинуть. Но как это происходит?
Для полного осознания, что такое черная дыра, нам надо вспомнить термин "скорость убегания". Формально это скорость, с которой должен двигаться объект, чтобы преодолеть силу гравитационного притяжения другого тела.
Есть два фактора которые влияют на скорость убегания — масса объекта и расстояние до центра этого объекта.
Например, ракета должна лететь со скоростью 11,2 кс/с, чтобы преодолеть гравитацию Земли.
Если бы ракета находилась на планете с такой же массой, что и Земля, но в два раза меньше по диаметру, то скорость убегания составила бы 15,8 км/с.
Несмотря на то, что масса двух планет одинакова, скорость убегания больше (чтобы преодолеть гравитацию, двигаться надо быстрее), потому что объект меньше и более плотный.
Что если мы сделаем объект еще меньше?
Например, если мы упакуем массу Земли в сферу радиусом 9 мм, то скорость убегания теперь будет равна скорости света.
Если уменьшить сферу, то скорость убегания станет выше скорости света.
Радиус, при котором масса имеет скорость убегания, равную скорости света, называется радиусом Шварцшильда. Любой объект, который имеет радиус меньше, чем радиус Шварцшильда, является черной дырой.
Иными словами, любой объект со скоростью убегания, большей скорости света, является черной дырой.
Например, если масса нашего Солнца будет сжата в объем радиусом около 3 км, то оно превратиться в черную дыру. И чтобы покинуть его, нужно будет двигаться быстрее скорости света.
Структура черной дыры.
В черной дыре есть две основные части: сингулярность и горизонт событий.
Горизонт событий — это "точка невозврата" вокруг черной дыры.
Это не физическая поверхность, а сфера пространства, окружающая черную дыру, которая обозначает, где скорость убегания равна скорости света. Его радиус — радиус Шварцшильда, упомянутый ранее.
Как только материя окажется внутри горизонта событий, она "упадет" в центр. При такой сильной гравитации материя сжимается до одной точки — крошечного, крошечного объема с безумно большой плотностью. Эта точка называется сингулярностью.
Объем исчезающе мал, поэтому имеет по существу бесконечную плотность. Законы известной человечеству физики в сингулярности не работают.
Ученые активно участвуют в теоретических исследованиях, чтобы лучше понять, что происходит в центре черной дыры и разработать полную теорию, которая это описывает.
Как увидеть невидимое.
Черная дыра поглощает свет, как же мы можем ее увидеть?
Астрономы не видят черные дыры напрямую. Присутствие черной дыры определяется по ее влиянию на окружающее пространство.
Изучение черных дыр сильно зависит от косвенного обнаружения. Астрономы не могут наблюдать черные дыры напрямую, но видят поведение других объектов, которое может быть объяснено только присутствием очень массивного и плотного объекта поблизости.
Определить присутствие черной дыры могут материалы, попадающие в черную дыру или звезды, которые вращающиеся вокруг массивного, но невидимого объекта. А так же, так называемые аккреционные диски образующиеся вокруг черной дыры.
Аккреционные диски это вещество, которое захвачено с поверхности соседних звезд, остатки разорванных звезд или межзвездная среда, газовые скопления и пр.
На этой трехмерной иллюстрации показано, как вращается пространство вокруг черной дыры. Сфера черного цвета в центре — черная дыра. Жёлтая сфера вокруг — область, в которой искривляется пространство. Трубки красного цвета изображают линии магнитного поля, пронизывающие это искривленное пространство. Зелёным обозначены линии магнитного поля, которые не вошли ещё в это пространство.
Типы черных дыр.
Традиционно астрономы говорили о двух основных типах черной дыры:
- объекты с массой примерно в 5-20 раз больше массы Солнца, которые называются черными дырами звездной массы;
- объекты с массами от миллионов до миллиардов Солнца, которые называется сверхмассивными черными дырами галактических масштабов. зображение от Caspar With с сайта Pixabay
Долгое время астрономы предлагали третий тип, так называемый черной дырой промежуточной массы, но только в последнее десятилетие начали находить доказательства его существования.
Черные дыры звездной массы образуются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и происходит коллапс. Они разбросанны по всей галактике.
Некоторые черные дыры звездной массы начали свою жизнь как часть двойной звездной системы, и то, как черная дыра влияет на своего спутника и окружающую среду, может стать подсказкой астрономам об их присутствии.
Сверхмассивные черные дыры находятся в центре почти каждой большой галактики. Как именно образуются сверхмассивные черные дыры, является областью исследований астрономов.
Недавние исследования показали, что размер черной дыры коррелирует с размером галактики, поэтому между образованием черной дыры и галактикой должна быть связь.
Есть несколько теорий о факте существования и возможного происхождения черных дыр промежуточного типа, но они о сих пор не доказаны. Возможно лет через двадцать, тридцать мы с вами больше узнаем про третий тип этих космических гигантов.
Подписывайтесь и оставайтесь с нами, давайте познавать космос вместе!
А что вы думате про чёрные дыры? Напишите в комментариях.