Черные дыры - одни из самых загадочных объектов Вселенной. Разберемся вместе, что это такое и почему их так сложно обнаружить, будет много интересной информации картинок и фотографий.
Что такое черная дыра
Черная дыра — это область пространства-времени с настолько сильной гравитацией, что она засасывает все вокруг, в том числе и свет. На самом деле, четкого определения "что такое черная дыра" не существует, они все так или иначе различаются.
Например, еще можно дать определение черной дыре как максимально компактному объекту, который не демонстрирует никаких свойств поверхности. Размер этого объекта соответствует радиусу Шварцшильда - расстоянию от центра этого тела до горизонта событий.
Горизонт событий - это так называемая "точка невозврата", ну или по простому - граница черной дыры, при пересечении которой вернуться назад уже не получится.
Для каждого объекта существует свой радиус Шварцшильда, который можно посчитать. Если сжать любой предмет до этого радиуса, он превратится в черную дыру.
Например, если сжать Солнце, чтобы оно стало черной дырой, его радиус составил бы всего 3 км, при изначальных 700 тыс. км. Ну, или черная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда около 9мм (то есть Земля могла бы стать черной дырой, если бы что-то смогло ее сжать до такого размера).
Само словосочетание "черная дыра" - это просто удачно придуманное название. Обычно, в науке приживается какое-то словосочетание именно потому, что оно удобное. Дыра - потому что, если что-то туда попало, то не сможет выбраться назад. Черная - потому, что сам по себе объект практически ничего не излучает. Если представить себе пустую Вселенную и поместить туда черную дыру - то ее невозможно будет увидеть. Она ничем не выделяется на фоне этой черноты.
Черные дыры влияют на пространство и время
Все современные теории гравитации - геометрические. В них, гравитация описывается как свойство пространства и времени. Подразумевается, что между пространством и временем можно составить уравнение, то есть эти величины взаимосвязаны.
Согласно теории относительности Эйнштейна, пространство и время объединены в некоторую сущность. Абсолютно любые тела, не только массивные, но и самые маленькие - искривляют пространство вокруг себя и одновременно влияют на ход времени. Современными приборами мы можем определить, что в разных местах время может идти по разному.
Можно сказать, что черная дыра - это объект, но на самом деле, - объект, это что-то имеющее поверхность, то, что можно пощупать. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стул - эта точка соприкосновения (может и не очень приятная) - будет объектом с началом в конкретной точке. А вот если попасть в черную дыру, в такой же, абсолютно темной комнате, то вы не заметите ее границу, потому что у нее нет никакой твердой поверхности, нет ощутимой границы, вы просто сразу окажетесь внутри неё, оп и всё.
Получается, что черная дыра - это область, где огромное количество массы свернуло пространство-время, и никакие предметы, попавшие в нее - не смогут ее покинуть. Всё, что туда попало, навсегда останется за горизонтом событий, это точка невозврата.
Каким образом можно обнаружить черную дыру?
Если черная дыра находится рядом со звездой, она будет "поглощать" звезду своей гравитацией, засасывая ее вещество. Так как звезды состоят из газа, во время "поглощения" разные слои газа трутся друг о друга и нагреваются до миллионов градусов - вот тогда-то, это тепло становится видимым для нас. С помощью такого способа в начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.
В начале 60-х годов появилось определение "квазар". Дословно— «похожий на звезду радиоисточник».
Кваза́р — класс астрономических объектов, являющихся одними из самых ярких (в абсолютном исчислении) в видимой Вселенной.
Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень больших расстояниях. Квазары являются исключительно мощным источником излучения (иногда в десятки и сотни раз превышающего суммарную мощность всех звезд таких галактик как наша). Когда ученые открывают квазар - получается, что они открывают и черную дыру, так как она является его центром.
Есть и другой способ обнаружения. Черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя. Но тут важна не только масса, но и размер объекта (сама сингулярность очень маленькая), из-за того, что черные дыры небольшие (в рамках космоса) и очень тяжелые, возникает эффект "гравитационной линзы". Черная дыра своим гравитационным полем будет изменять направление распространения света (электромагнитного излучения). Если источник света, массивный линзирующий объект и наблюдатель расположены на одной прямой, источник света будет виден как кольцо вокруг массивного объекта. Вот вам реальный снимок:
Представьте пример: ученые ведут наблюдение за звездой и вдруг замечают, что блеск от нее усиливается, а через какое-то время абсолютно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не случилось, но, судя по всему, между нами и звездой пролетело тяжеленное тело. И это самое тело, искажая пространство-время, собрало световые лучи.
Поэтому, наблюдателю кажется, будто светимость звезды возросла, а на самом деле, просто большая часть ее света была собрана и попала к нам на обозрение. Чтобы так исказить свет, нам нужен очень тяжелый объект - например, звезда с массой десяти масс Солнца, но такую звезду мы бы сразу заметили - она была бы очень яркой. А у нас появился абсолютно черный объект, как раз примерно с такой массой, что бы это могло быть? Вот так мы ее и выявили, надеюсь понятно объяснил.
Перейдем к последнему эффективному способу поиска черных дыр. Если две черные дыры находятся рядом, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. В 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Вот пример такого слияния, правда звезд:
А можно сфотографировать черную дыру?
Для понятности, самая простая аналогия для черной звезды - это человек невидимка. Самого человека не видно, но если он на себя надевает одежду - ее мы видим без проблем. Можем облить его краской или обдать из огнетушителя - в общем, как то пометить - тогда он становится заметен. Ну вот с черными дырами получается приблизительно также. Исследователи не видят где находится горизонт событий, и тем более, не видят что находится за ним, поскольку от туда не возвращается ничего, даже свет. Но они могут изучать и замечать поведение вещества вокруг.
Вообще, то, что обычно называют изображением или фотографией черной дыры, на самом деле - изображение вещества, движущегося вокруг черной дыры. Но в его центре, действительно возникает темная область, поскольку там находится черная дыра, которая не может испускать свет. Вот вам первая в мире реальная фотография черной дыры:
В большинстве своем - черные дыры - это маленькие объекты, находящиеся от нас на огромном расстоянии. Разглядеть черноту внутри яркой области удалось пока всего лишь в одном случае. Для хорошего снимка нужна была самая большая черная дыра в центре относительно близкой галактики, но проблема еще и в том, как получить изображение с достаточной детализацией?
Ни один телескоп не сможет сам по себе сделать такое изображение. Но, если совместить разные телескопы и они будут находится на большом расстоянии друг от друга, то, с точки зрения деталей, они будут работать как единое целое - один большой телескоп. Именно так, при помощи нескольких телескопов, расположенных почти по всей планете, получилось сделать снимок черной дыры в галактике M87. Это единственная сделанная фотография на сегодняшний момент.
Чтобы получить похожие снимки других объектов, ученым нужны новые инструменты, которых у нас пока нет. Тем не менее, есть данные наблюдения поведения вещества вокруг разных черных дыр, практически до самого горизонта событий.
Вот тут есть интересная статья: Что будет если упасть в черную дыру?
Если вы считаете эту статью полезной и хотите чтобы ее увидело большее количество людей - ставьте лайк, а еще, можете подписаться на канал. Любые замечания приветствуются.
