Черные дыры Вселенной

И черные дыры, и Вселенная в целом в современной науке исследуются релятивистской астрофизикой — ветвью астрофизики, занимающейся изучением процессов, где гравитационные поля столь сильны, что разгоняют движущиеся в них тела до скоростей, близких к скорости света, то есть до максимально возможных в природе скоростей. Ни в каких других объектах поля тяготения не достигают таких больших величин.

В первой главе рассказываем о сущности черных дыр и условиях существования, открытиях, произошедших на протяжении развития науки. Черная дыра является порождением тяготения. Поэтому предысторию открытия черных дыр можно начать со времен И. Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения — закон, управляющий силой, действию которой подвержено абсолютно все. Ни во времена И. Ньютона, ни сегодня, спустя века, не обнаружена иная столь универсальная сила. Все другие виды физического взаимодействия связаны с конкретными свойствами материи.

Имя П. Лапласа хорошо известно в истории науки. Прежде всего, он является автором огромного пятитомного труда «Трактат о небесной механике». В этой работе, публиковавшейся с 1798 по 1825 год, им была представлена классическая теория движения тел Солнечной системы, основанная только на законе всемирного тяготения Ньютона. До этой работы некоторые наблюдаемые особенности движения планет, Луны, других тел Солнечной системы не были полностью объяснены. Главная идея гипотезы Лапласа о конденсации Солнца и планет из газовой туманности и до сих пор служит основой современных теорий происхождения Солнечной системы…

Глубокое убеждение П. Лапласа в том, что тяготение действует на свет точно так же, как и на другие тела, позволило ему написать следующие знаменательные слова:

«Светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца, не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми».

Совсем недавно удалось доказать, что некоторые черные дыры вращаются, вовлекая в это движение и окружающее их пространство. «До сих пор мы умели узнавать лишь массу черной звезды, теперь можем определять ее вращательный импульс» , — с гордостью говорит сотрудник Центра НАСА в Хантсвилле Шуанг Нан Цанг.

Черную дыру окружает некая граница, и вся материя, находящаяся внутри нее, непременно будет поглощена дырой. Размеры границы зависят, в частности, от скорости вращения черной дыры. Эту скорость можно посчитать, если знать, с какой скоростью движется материя у границы.

Во второй главе речь идет о гипотезах и доказательствах и новых фактах, перевернувших привычные представления о природе черных дыр. Общая теория относительности, как известно, предсказала, что масса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликования работы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, проводя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, которые на самом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце. Под действием солнечной гравитации изображения звезд сместились. (Здесь поражает еще и точность измерения, потому что сместились они меньше, чем на одну тысячную градуса!)

Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «линзы тяготения», которую представляют собой тяжелые звезды и, прежде всего, черные дыры, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам видятся с Земли.

По одной из гипотез черная дыра есть почти в каждой галактике, в том числе и в нашей, где-то в центре Млечного Пути. Наблюдения так называемых систем двойных звезд, когда в телескоп видна лишь одна звезда, дают основание считать, что невидимый партнер — черная дыра. Звезды этой пары расположены так близко одна к другой, что невидимая масса «высасывает» вещество видимой звезды и поглощает его. В некоторых случаях удается определить время оборота звезды вокруг ее невидимого партнера и расстояние до невидимки, что позволяет рассчитать скрытую от наблюдения массу. Первый кандидат на такую модель — пара, обнаруженная в начале 70-х годов. Она находится в созвездии Лебедя (обозначена индексом Cygnus XI) и испускает рентгеновские лучи. Еще одна подозреваемая пара — рентгеновский источник (LMCX3) в девять солнечных масс находится в Большом Магеллановом Облаке. Все эти случаи хорошо объясняются в рассуждениях Джона Мишелла о «темных звездах».

Не так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздных газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд.

К 1954 г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959 г. эти продолговатые образования распались на отдельные звёзды — впервые в истории человечества люди наблюдали рождение звёзд буквально на глазах этот беспрецедентный случай показал астрономам, что звёзды могут рождаться за короткий интервал времени, и казавшиеся ранее странными рассуждения о том, что звёзды обычно возникают в группах, или звёздных скоплениях, оказались справедливыми.

Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда может взорваться как сверхновая, но если масса вещества оставшегося после взрыва, всё ещё превосходит две солнечные, то звезда должна сжаться в крошечное плотное тело, так как гравитационные силы всецело подавляют всякое внутреннее сопротивление сжатию.

Учёные полагают, что именно в этот момент катастрофический гравитационный коллапс приводит к возникновению чёрной дыры. Они считают, что с окончанием термоядерных реакций звезда уже не может находиться в устойчивом состоянии. Тогда для массивной звезды остаётся один неизбежный путь — путь всеобщего и полного сжатия (коллапса), превращающего её в невидимую чёрную дыру.

18 миллиардов солнечных масс — таков новый рекорд для чёрных дыр, вшестеро превзошедший «вес» самой тяжёлой из ранее известных чёрных дыр. Открытие обнародовала в Остине на 211-й конференции Американского астрономического общества (AAS 211th Meeting) группа астрономов из Финляндии во главе с Маури Валтоненом (Mauri Valtonen) из университета Турку (Turku University).

Рекордный объект — OJ287 — соседствует с ещё одной чёрной дырой, только небольшой, вращающейся по орбите вокруг своей сверхмассивной соседки. Это позволило точно высчитать массу космического монстра.

Данная двойная система является квазаром, излучающим огромное количество энергии. Для квазара этот объект довольно близок. Он расположен «всего» в 3,5 миллиардах световых лет от нас в созвездии Рака и является одним из хорошо изученных квазаров. Он испускает оптические импульсы с двумя особо мощными пиками, возникающими каждые 12 лет.

По мнению астрономов, это происходит, когда малая чёрная дыра пересекает аккреционный диск сверхмассивной чёрной дыры. Валтонен и его команда предсказали появление такой вспышки 13 сентября 2007 года, и её обнаружение подтвердило предположение о двойном характере этого космического объекта, что, в свою очередь, помогло точно определить его массу.

Ранее астрономы лишь предполагали, что в квазарах могут существовать чёрные дыры с такой колоссальной массой, но впервые это было подтверждено наблюдениями.

Гравитационное поле в данной системе чрезвычайно сильно. Так что в расчётах параметров орбитального движения учёным необходимо было учитывать теорию относительности Эйнштейна.

В заключении подводятся итоги работы, делается вывод.

Итак, само название — чёрные дыры — говорит о том, что это класс объектов, которые нельзя увидеть. Их гравитационное поле настолько сильно, что если бы каким-то путём удалось оказаться вблизи чёрной дыры и направить в сторону от её поверхности луч самого мощного прожектора, то увидеть этот прожектор было бы нельзя даже с расстояния, не превышающего расстояние от Земли до Солнца. Действительно, даже если бы мы смогли сконцентрировать весь свет Солнца в этом мощном прожекторе, мы не увидели бы его, так как свет не смог бы преодолеть воздействие на него гравитационного поля чёрной дыры и покинуть её поверхность. Именно поэтому такая поверхность называется абсолютным горизонтом событий.

Она представляет собой границу чёрной дыры. Учёные отмечают, что эти необычные объекты нелегко понять, оставаясь в рамках законов тяготения Ньютона. Вблизи поверхности чёрной дыры гравитация столь сильна, что привычные ньютоновские законы перестают здесь действовать. Их следует заменить законами общей теории относительности Эйнштейна. Согласно одному из трёх следствий теории Эйнштейна, покидая массивное тело, свет должен испытывать красное смещение, так как он должен испытывать красное смещение, так как он теряет энергию на преодоление гравитационного поля звезды. Излучение, приходящее от плотной звезды, подобной белому карлику — спутнику Сириуса лишь слегка смещается в красную область спектра. Чем плотнее звезда, тем больше это смещение, так что от сверхплотной звезды совсем не будет приходить излучения в видимой области спектра.

Но если гравитационное действие звезды увеличивается в результате её сжатия, то силы тяготения оказываются настолько велики, что свет вообще не может покинуть звезду.

Таким образом, для любого наблюдателя возможность увидеть чёрную дыру полностью исключена! Но тогда естественно возникает вопрос: если она невидима, то как же мы можем её обнаружить? Чтобы ответить на этот вопрос, учёные прибегают к искусным уловкам. Руффини и Уиллер досконально изучили эту проблему и предложили несколько способов пусть не увидеть, но хотя бы обнаружить чёрную дыру. Начнём с того, что, когда чёрная дыра рождается в процессе гравитационного коллапса, она должна излучать гравитационные волны, которые могли бы пересекать пространство со скоростью света и на короткое время искажать геометрию пространства вблизи Земли. Это искажение проявилось бы в виде гравитационных волн, действующих одновременно на одинаковые инструменты, установленные на земной поверхности на значительных расстояниях друг от друга. Гравитационное излучение могло бы приходить от звёзд, испытывающих гравитационный коллапс.

Если в течение обычной жизни звезда вращалась, то, сжимаясь и становясь всё меньше и меньше, она будет вращаться всё быстрее, сохраняя свой момент количества движения. Наконец, она может достигнуть такой стадии, когда скорость движения на её экваторе приблизится к скорости света, то есть к предельно возможной скорости. В этом случае звезда оказалась бы сильно деформированной и могла бы выбросить часть вещества. При такой деформации энергия могла бы уходить от звезды в виде гравитационных волн с частотой порядка тысячи колебаний в секунду (1000

Гц).

Таким образом, мы рассмотрели в работе новые произошедшие открытия, различные гипотезы, и теорию черных дыр.

Итак:

Ведущей и объясняющей теорией является теория Эйнштейна, именно она лежит в основе теории черных дыр.

Главной движущей силой в науке являются множество опровергнутых и доказанных гипотез.

Задействовав наибольшее количество методов исследования и эксперимента, наблюдения и соединение их с накопленным опытом ученых, можно достичь успехов в исследовании черных дыр.

Таким образом, судить о доказанности фактов в науке можно лишь став непосредственным участником процесса изучения вселенной.

Новый рекорд для черных дыр неоспорим, но причина его пока в тени. Неизвестен и упомянутый факт о времени возникновения звезд. Возможно, ученые его объяснят через несколько сотен лет. Но опровергать старую теорию не доказав новую недопустимо. Возможно более короткое время образования объяснимо более сложными процессами перехода из одного состояния в другое у этих объектов, которые мы не научились регистрировать, поскольку живем на Земле.

Наука раскроет нам еще очень много тайн и секретов, о которых мы не подозреваем…

Литература

Космос: Сборник. Научно — популярная литература/ Ю. И. Коптев и С. А. Никитин;

.: Дет. лит., 1987. — 223 с.

Климишин И. А. Астрономия наших дней.

М.:"Наука"., 1976. — 453 с.

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия,

1985. — 190 с Томилин. А. Н.

Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ К. Ф. Огородников. Л., «Дет.

лит.", 1974. — 334 с., ил.

Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. — 2-е изд., — М.: Педагогика, 1986. — 336с

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

BBC News Открыта крупнейшая чёрная дыра во Вселенной, от 11 января 2008

rusnauka.narod.ru

vek2.nm.ru

www.membrana.ru

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

rusnauka.narod.ru

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

Журнал «Наука и Жизнь» / Архив / № 5, 1998 / ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВСЕЛЕННОЙ

Космос: Сборник. Научно — популярная литература/ Ю. И. Коптев и С. А. Никитин;

.: Дет. лит., 1987. — 223 с.

Космос: Сборник. Научно — популярная литература/ Ю. И. Коптев и С. А. Никитин;

.: Дет. лит., 1987. — 223 с.

И. А. Климишин. Астрономия наших дней.

М.:"Наука"., 1976. — 453 с.

И. А. Климишин. Астрономия наших дней.

М.:"Наука"., 1976. — 453 с.

А. Н. Томилин. Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ К. Ф. Огородников. Л., «Дет. лит.»,

1974. — 334 с., ил.

А. Н. Томилин. Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ К. Ф.

Огородников. Л., «Дет. лит.», 1974. — 334 с., ил.

Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. — 2-е изд., — М.: Педагогика, 1986. — 336с.

Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. — 2-е изд., — М.: Педагогика, 1986. — 336с.

vek2.nm.ru

www.membrana.ru

BBC News Открыта крупнейшая чёрная дыра во Вселенной, от 11 января 2008

rusnauka.narod.ru

Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная. — М.: Мол. гвардия, 1985. — 190 с

Космос: Сборник. Научно — популярная литература/ Ю. И. Коптев и С. А. Никитин;

.: Дет. лит., 1987. — 223 с.

И. А. Климишин. Астрономия наших дней.

М.:"Наука"., 1976. — 453 с.

vek2.nm.ru

www.membrana.ru

Космос: Сборник. Научно — популярная литература/ Ю. И. Коптев и С. А. Никитин;

.: Дет. лит., 1987. — 223 с.