Para sa mga modernong siyentipiko, ang black hole ay isa sa mga pinaka mahiwagang phenomena sa ating uniberso. Ang pag-aaral ng mga naturang bagay ay mahirap, hindi posible na subukan ang mga ito "sa pamamagitan ng karanasan". Ang masa, density ng sangkap ng isang itim na butas, ang mga proseso ng pagbuo ng bagay na ito, mga sukat - lahat ng ito ay nakakapukaw ng interes sa mga espesyalista, at kung minsan - pagkalito. Isaalang-alang natin ang paksa nang mas detalyado. Una, suriin natin kung ano ang ganoong bagay.
Pangkalahatang impormasyon
Ang isang kamangha-manghang tampok ng isang cosmic na bagay ay ang kumbinasyon ng isang maliit na radius, isang mataas na density ng black hole matter at isang hindi kapani-paniwalang malaking masa. Ang lahat ng kasalukuyang kilalang pisikal na katangian ng naturang bagay ay tila kakaiba sa mga siyentipiko, kadalasang hindi maipaliwanag. Kahit na ang pinaka may karanasan na mga astrophysicist ay namangha pa rin sa mga kakaibang katangian ng gayong mga phenomena. Ang pangunahing tampok na nagpapahintulot sa mga siyentipiko na makilala ang isang black hole ay ang horizon ng kaganapan, iyon ay, ang hangganan kung saanwalang bumabalik, pati na ang liwanag. Kung ang isang zone ay permanenteng pinaghihiwalay, ang hangganan ng paghihiwalay ay itinalaga bilang ang horizon ng kaganapan. Sa pansamantalang paghihiwalay, ang pagkakaroon ng isang nakikitang abot-tanaw ay naayos. Minsan ang temporal ay isang napakaluwag na konsepto, iyon ay, ang rehiyon ay maaaring paghiwalayin sa isang panahon na lumampas sa kasalukuyang edad ng uniberso. Kung may nakikitang abot-tanaw na umiiral nang mahabang panahon, mahirap itong makilala mula sa horizon ng kaganapan.
Sa maraming paraan, ang mga katangian ng black hole, ang density ng substance na bumubuo nito, ay dahil sa iba pang pisikal na katangian na gumagana sa ating mga batas sa mundo. Ang horizon ng kaganapan ng isang spherically symmetric black hole ay isang globo na ang diameter ay tinutukoy ng masa nito. Ang mas maraming masa na hinila papasok, mas malaki ang butas. Gayunpaman, ito ay nananatiling nakakagulat na maliit laban sa background ng mga bituin, dahil pinipiga ng gravitational pressure ang lahat sa loob. Kung iniisip natin ang isang butas na ang masa ay tumutugma sa ating planeta, kung gayon ang radius ng naturang bagay ay hindi lalampas sa ilang milimetro, iyon ay, ito ay sampung bilyong mas mababa kaysa sa lupa. Ang radius ay ipinangalan kay Schwarzschild, ang siyentipiko na unang naghinuha ng mga black hole bilang solusyon sa pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein.
At sa loob?
Kapag nakapasok sa ganoong bagay, malamang na hindi mapansin ng isang tao ang malaking densidad sa kanyang sarili. Ang mga katangian ng isang black hole ay hindi lubos na nauunawaan upang matiyak kung ano ang mangyayari, ngunit ang mga siyentipiko ay naniniwala na walang espesyal na maaaring ibunyag kapag tumatawid sa abot-tanaw. Ito ay ipinaliwanag ng katumbas na Einsteinianprinsipyo na nagpapaliwanag kung bakit ang patlang na bumubuo ng kurbada ng abot-tanaw at ang acceleration na likas sa eroplano ay hindi naiiba para sa nagmamasid. Kapag sinusubaybayan ang proseso ng pagtawid mula sa malayo, makikita mo na ang bagay ay nagsisimulang bumagal malapit sa abot-tanaw, na parang dahan-dahang lumilipas ang oras sa lugar na ito. Pagkaraan ng ilang oras, tatawid ang bagay sa abot-tanaw, mahuhulog sa radius ng Schwarzschild.
Ang densidad ng bagay sa isang black hole, ang masa ng isang bagay, ang mga dimensyon at puwersa ng tidal nito, at ang gravitational field ay malapit na nauugnay. Kung mas malaki ang radius, mas mababa ang density. Ang radius ay tumataas sa timbang. Ang tidal forces ay inversely proportional sa squared weight, ibig sabihin, habang tumataas ang mga sukat at bumababa ang density, bumababa ang tidal forces ng object. Posibleng malampasan ang abot-tanaw bago mapansin ang katotohanang ito kung ang masa ng bagay ay napakalaki. Sa mga unang araw ng general relativity, pinaniniwalaan na mayroong singularity sa abot-tanaw, ngunit hindi ito ang nangyari.
Tungkol sa Densidad
Gaya ng ipinakita ng mga pag-aaral, ang density ng isang black hole, depende sa masa, ay maaaring mas marami o mas kaunti. Para sa iba't ibang mga bagay, ang tagapagpahiwatig na ito ay nag-iiba, ngunit palaging bumababa sa pagtaas ng radius. Maaaring lumitaw ang mga napakalaking butas, na nabuo sa isang malawak na paraan dahil sa akumulasyon ng materyal. Sa karaniwan, ang density ng naturang mga bagay, na ang masa ay tumutugma sa kabuuang masa ng ilang bilyong luminaries sa ating system, ay mas mababa kaysa sa density ng tubig. Minsan ito ay maihahambing sa antas ng density ng gas. Ang lakas ng tidal ng bagay na ito ay naisaaktibo na pagkatapos tumawid ang tagamasid sa abot-tanawmga pangyayari. Ang hypothetical explorer ay hindi masasaktan habang papalapit siya sa abot-tanaw, at mahuhulog ng libu-libong kilometro kung makakahanap siya ng proteksyon mula sa disk plasma. Kung ang nagmamasid ay hindi lumingon sa likod, hindi niya mapapansin na ang abot-tanaw ay tumawid, at kung siya ay iikot ang kanyang ulo, malamang na siya ay makakita ng liwanag na sinag na nagyelo sa abot-tanaw. Daloy nang napakabagal ang oras para sa nagmamasid, masusubaybayan niya ang mga kaganapan malapit sa butas hanggang sa sandali ng kamatayan - siya man o ang Uniberso.
Upang matukoy ang density ng isang napakalaking black hole, kailangan mong malaman ang masa nito. Hanapin ang halaga ng dami na ito at ang dami ng Schwarzschild na likas sa space object. Sa karaniwan, ang naturang tagapagpahiwatig, ayon sa mga astrophysicist, ay napakaliit. Sa isang kahanga-hangang porsyento ng mga kaso, ito ay mas mababa kaysa sa antas ng density ng hangin. Ang kababalaghan ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod. Ang Schwarzschild radius ay direktang nauugnay sa timbang, habang ang density ay inversely na nauugnay sa volume, at samakatuwid ay ang Schwarzschild radius. Ang volume ay direktang nauugnay sa cubed radius. Tumataas ang masa nang linearly. Alinsunod dito, ang volume ay lumalaki nang mas mabilis kaysa sa timbang, at ang average na density ay nagiging mas maliit, mas malaki ang radius ng bagay na pinag-aaralan.
Curious to know
Ang lakas ng tidal na likas sa isang butas ay isang gradient ng puwersa ng grabidad, na medyo malaki sa abot-tanaw, kaya kahit ang mga photon ay hindi makakatakas mula rito. Kasabay nito, ang pagtaas sa parameter ay nangyayari nang maayos, na ginagawang posible para sa tagamasid na malampasan ang abot-tanaw nang walang panganib sa kanyang sarili.
Pag-aaral ng density ng black hole inang sentro ng bagay ay medyo limitado pa rin. Itinatag ng mga astrophysicist na mas malapit ang sentral na singularity, mas mataas ang antas ng density. Ang mekanismo ng pagkalkula na binanggit kanina ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng isang napaka-karaniwang ideya ng kung ano ang nangyayari.
Ang mga siyentipiko ay may napakalimitadong ideya tungkol sa kung ano ang nangyayari sa butas, ang istraktura nito. Ayon sa mga astrophysicist, ang pamamahagi ng density sa isang butas ay hindi masyadong makabuluhan para sa isang tagamasid sa labas, hindi bababa sa kasalukuyang antas. Higit pang impormasyon na detalye ng gravity, timbang. Kung mas malaki ang masa, mas malakas ang sentro, ang abot-tanaw, ay hiwalay sa isa't isa. Mayroon ding mga ganoong pagpapalagay: sa kabila lamang ng abot-tanaw, ang bagay ay wala sa prinsipyo, maaari lamang itong matukoy sa kailaliman ng bagay.
May alam bang mga numero?
Matagal nang iniisip ng mga siyentipiko ang density ng black hole. Ang ilang mga pag-aaral ay isinagawa, ang mga pagtatangka ay ginawa upang makalkula. Narito ang isa sa kanila.
Ang solar mass ay 210^30 kg. Ang isang butas ay maaaring mabuo sa lugar ng isang bagay na ilang beses na mas malaki kaysa sa Araw. Ang density ng pinakamaliwanag na butas ay tinatantya sa average na 10^18 kg/m3. Ito ay isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa density ng nucleus ng isang atom. Humigit-kumulang sa parehong pagkakaiba mula sa katangian ng average na antas ng density ng isang neutron star.
Posible ang pagkakaroon ng mga ultralight hole, na ang mga sukat ay tumutugma sa mga subnuclear na particle. Para sa mga naturang bagay, ang density index ay magiging napakalaki.
Kung magiging butas ang ating planeta, ang density nito ay magiging humigit-kumulang 210^30 kg/m3. Gayunpaman, hindi nagawa ng mga siyentipikoisiwalat ang mga proseso bilang resulta kung saan ang ating space house ay maaaring gawing black hole.
Tungkol sa mga numero nang mas detalyado
Ang density ng black hole sa gitna ng Milky Way ay tinatayang nasa 1.1 milyong kg/m3. Ang masa ng bagay na ito ay tumutugma sa 4 na milyong solar masa. Ang radius ng butas ay tinatayang nasa 12 milyong km. Ang ipinahiwatig na density ng black hole sa gitna ng Milky Way ay nagbibigay ng ideya sa mga pisikal na parameter ng supermassive hole.
Kung ang bigat ng ilang bagay ay 10^38 kg, ibig sabihin, ito ay tinatantya sa humigit-kumulang 100 milyong Araw, kung gayon ang density ng isang astronomical na bagay ay tumutugma sa antas ng density ng granite na matatagpuan sa ating planeta.
Sa lahat ng mga butas na kilala ng mga modernong astrophysicist, isa sa pinakamabigat na butas ang natagpuan sa OJ 287 quasar. Ang bigat nito ay katumbas ng 18 bilyong luminaries ng ating system. Ano ang density ng isang black hole, nakalkula ng mga siyentipiko nang walang labis na kahirapan. Ang halaga ay naging napakaliit. Ito ay 60 g/m3. Para sa paghahambing: ang atmospheric air ng ating planeta ay may density na 1.29 mg/m3.
Saan nagmumula ang mga butas?
Ang mga siyentipiko ay hindi lamang nagsagawa ng pananaliksik upang matukoy ang density ng isang black hole kumpara sa bituin ng ating system o iba pang cosmic na katawan, ngunit sinubukan din upang matukoy kung saan nagmumula ang mga butas, ano ang mga mekanismo para sa pagbuo ng naturang mahiwagang bagay. Ngayon ay may ideya ng apat na paraan para sa paglitaw ng mga butas. Ang pinaka-maiintindihan na opsyon ay ang pagbagsak ng isang bituin. Kapag ito ay naging malaki, ang synthesis sa nucleus ay nakumpleto,nawawala ang presyon, bumabagsak ang bagay sa sentro ng grabidad, kaya may lalabas na butas. Habang papalapit ka sa gitna, tumataas ang density. Maaga o huli, ang tagapagpahiwatig ay nagiging napakahalaga na ang mga panlabas na bagay ay hindi kayang pagtagumpayan ang mga epekto ng grabidad. Mula sa puntong ito, isang bagong butas ang lilitaw. Ang ganitong uri ay mas karaniwan kaysa sa iba at tinatawag na solar mass hole.
Ang isa pang medyo karaniwang uri ng butas ay isang napakalaking butas. Ang mga ito ay mas madalas na sinusunod sa mga sentro ng galactic. Ang masa ng bagay kumpara sa solar mass hole na inilarawan sa itaas ay bilyun-bilyong beses na mas malaki. Ang mga siyentipiko ay hindi pa naitatag ang mga proseso ng pagpapakita ng mga naturang bagay. Ipinapalagay na ang isang butas ay unang nabuo ayon sa mekanismo na inilarawan sa itaas, pagkatapos ay ang mga kalapit na bituin ay nasisipsip, na humahantong sa paglaki. Posible ito kung ang zone ng kalawakan ay makapal ang populasyon. Ang pagsipsip ng materya ay nangyayari nang mas mabilis kaysa sa maipaliwanag ng pamamaraan sa itaas, at hindi pa mahulaan ng mga siyentipiko kung paano nagpapatuloy ang pagsipsip.
Mga pagpapalagay at ideya
Ang isang napakahirap na paksa para sa mga astrophysicist ay ang mga primordial hole. Ang ganyan, malamang, ay lumilitaw mula sa anumang misa. Maaari silang mabuo sa malalaking pagbabagu-bago. Marahil, ang hitsura ng gayong mga butas ay naganap sa unang bahagi ng Uniberso. Sa ngayon, ang mga pag-aaral na nakatuon sa mga katangian, mga tampok (kabilang ang density) ng mga itim na butas, ang mga proseso ng kanilang hitsura ay hindi nagpapahintulot sa amin na matukoy ang isang modelo na tumpak na reproduces ang proseso ng hitsura ng isang pangunahing butas. Ang mga modelong kasalukuyang kilala ay nakararami na, kung sila ay ipinatupad sa katotohanan,magkakaroon ng masyadong maraming butas.
Ipagpalagay na ang Large Hadron Collider ay maaaring maging mapagkukunan ng pagbuo ng isang butas, na ang bigat nito ay tumutugma sa Higgs boson. Alinsunod dito, ang density ng black hole ay magiging napakalaki. Kung ang naturang teorya ay nakumpirma, maaari itong ituring na hindi direktang katibayan para sa pagkakaroon ng mga karagdagang sukat. Sa kasalukuyan, ang haka-haka na konklusyon na ito ay hindi pa nakumpirma.
Radiation mula sa isang butas
Ang paglabas ng isang butas ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng quantum effect ng matter. Ang espasyo ay dynamic, kaya ang mga particle dito ay ganap na naiiba mula sa kung ano ang nakasanayan natin. Malapit sa butas, hindi lamang oras ang nabaluktot; ang pag-unawa sa isang particle ay higit na nakasalalay sa kung sino ang nagmamasid dito. Kung ang isang tao ay nahulog sa isang butas, tila sa kanya na siya ay bumulusok sa isang vacuum, at para sa isang malayong tagamasid, ito ay mukhang isang zone na puno ng mga particle. Ang epekto ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pag-uunat ng oras at espasyo. Ang radiation mula sa butas ay unang nakilala ni Hawking, na ang pangalan ay ibinigay sa phenomenon. Ang radiation ay may temperatura na inversely na nauugnay sa masa. Kung mas mababa ang bigat ng isang astronomical na bagay, mas mataas ang temperatura (pati na rin ang density ng isang black hole). Kung ang butas ay supermassive o may masa na maihahambing sa isang bituin, ang likas na temperatura ng radiation nito ay magiging mas mababa kaysa sa background ng microwave. Dahil dito, hindi posible na obserbahan siya.
Ang radiation na ito ay nagpapaliwanag sa pagkawala ng data. Ito ang pangalan ng isang thermal phenomenon, na may isang natatanging kalidad - temperatura. Walang impormasyon tungkol sa mga proseso ng pagbuo ng butas sa pamamagitan ng pag-aaral, ngunit ang isang bagay na naglalabas ng naturang radiation ay sabay-sabay na nawawalan ng masa (at samakatuwid ay lumalakidensity ng black hole) ay nabawasan. Ang proseso ay hindi tinutukoy ng sangkap kung saan nabuo ang butas, ay hindi nakasalalay sa kung ano ang sinipsip dito mamaya. Hindi masabi ng mga siyentipiko kung ano ang naging base ng butas. Bukod dito, ipinakita ng mga pag-aaral na ang radiation ay isang hindi maibabalik na proseso, iyon ay, isa na hindi maaaring umiral sa quantum mechanics. Nangangahulugan ito na ang radiation ay hindi maaaring magkasundo sa quantum theory, at ang hindi pagkakapare-pareho ay nangangailangan ng karagdagang trabaho sa direksyon na ito. Bagama't naniniwala ang mga siyentipiko na ang radiation ng Hawking ay dapat maglaman ng impormasyon, wala pa tayong paraan, ang mga kakayahan upang matukoy ito.
Curious: tungkol sa mga neutron star
Kung mayroong supergiant, hindi ito nangangahulugan na ang naturang astronomical body ay walang hanggan. Sa paglipas ng panahon, nagbabago ito, itinatapon ang mga panlabas na layer. Maaaring lumabas ang mga white dwarf mula sa mga labi. Ang pangalawang pagpipilian ay mga neutron na bituin. Ang mga partikular na proseso ay tinutukoy ng nuclear mass ng pangunahing katawan. Kung ito ay tinatantya sa loob ng 1.4-3 solar, kung gayon ang pagkasira ng supergiant ay sinamahan ng napakataas na presyon, dahil sa kung saan ang mga electron ay, tulad nito, pinindot sa mga proton. Ito ay humahantong sa pagbuo ng mga neutron, ang paglabas ng mga neutrino. Sa physics, ito ay tinatawag na neutron degenerate gas. Ang presyur nito ay hindi na maaaring humina ang bituin.
Gayunpaman, tulad ng ipinakita ng mga pag-aaral, malamang na hindi lahat ng neutron star ay lumitaw sa ganitong paraan. Ang ilan sa mga ito ay ang mga labi ng malalaki na sumabog na parang pangalawang supernova.
Tom body radiusmas kaunti kaysa mas maraming masa. Para sa karamihan, nag-iiba ito sa pagitan ng 10-100 km. Ang mga pag-aaral ay isinagawa upang matukoy ang mga densidad ng mga black hole, mga neutron na bituin. Para sa pangalawa, tulad ng ipinakita ng mga pagsubok, ang parameter ay medyo malapit sa atomic one. Mga partikular na figure na itinakda ng mga astrophysicist: 10^10 g/cm3.
Nakaka-curious na malaman: teorya at praktika
Neutron star ay hinulaang sa teorya noong 60s at 70s ng huling siglo. Pulsars ang unang natuklasan. Ang mga ito ay maliliit na bituin, ang bilis ng pag-ikot nito ay napakataas, at ang magnetic field ay tunay na engrande. Ipinapalagay na ang pulsar ay nagmamana ng mga parameter na ito mula sa orihinal na bituin. Ang panahon ng pag-ikot ay nag-iiba mula sa millisecond hanggang ilang segundo. Ang mga unang kilalang pulsar ay naglabas ng pana-panahong paglabas ng radyo. Sa ngayon, kilala ang mga pulsar na may X-ray spectrum radiation, gamma radiation.
Ang inilarawang proseso ng pagbuo ng neutron star ay maaaring magpatuloy - walang makakapigil dito. Kung ang nuclear mass ay higit sa tatlong solar mass, kung gayon ang pointwise body ay napaka-compact, ito ay tinutukoy bilang mga butas. Hindi posibleng matukoy ang mga katangian ng isang black hole na may mass na mas malaki kaysa sa kritikal. Kung ang bahagi ng masa ay nawala dahil sa Hawking radiation, ang radius ay sabay-sabay na bababa, kaya ang halaga ng timbang ay muling magiging mas mababa kaysa sa kritikal na halaga para sa bagay na ito.
Maaari bang mamatay ang isang butas?
Naglagay ang mga siyentipiko ng mga pagpapalagay tungkol sa pagkakaroon ng mga proseso dahil sa partisipasyon ng mga particle at antiparticle. Ang pagbabagu-bago ng mga elemento ay maaaring maging sanhi ng walang laman na espasyo upang mailalarawanzero na antas ng enerhiya, na (narito ang isang kabalintunaan!) ay hindi magiging katumbas ng zero. Kasabay nito, ang horizon ng kaganapan na likas sa katawan ay makakatanggap ng mababang-enerhiya na spectrum na likas sa ganap na itim na katawan. Ang nasabing radiation ay magdudulot ng mass loss. Bahagyang lumiliit ang abot-tanaw. Ipagpalagay na mayroong dalawang pares ng isang particle at ang antagonist nito. May pagkalipol ng isang particle mula sa isang pares at ang antagonist nito mula sa isa pa. Bilang kinahinatnan, may mga photon na lumilipad palabas ng butas. Ang pangalawang pares ng mga iminungkahing particle ay nahuhulog sa butas, sabay-sabay na sumisipsip ng ilang halaga ng masa, enerhiya. Unti-unti, humahantong ito sa pagkamatay ng black hole.
Bilang konklusyon
Ayon sa ilan, ang black hole ay isang uri ng cosmic vacuum cleaner. Maaaring lunukin ng isang butas ang isang bituin, maaari pa itong "kumain" ng isang kalawakan. Sa maraming paraan, ang paliwanag ng mga katangian ng isang butas, pati na rin ang mga tampok ng pagbuo nito, ay matatagpuan sa teorya ng relativity. Ito ay kilala mula dito na ang oras ay tuluy-tuloy, pati na rin ang espasyo. Ipinapaliwanag nito kung bakit hindi mapipigilan ang mga proseso ng compression, unlimited at unlimited ang mga ito.
Ito ang mga mahiwagang black hole na ito, kung saan pinag-iisipan ng mga astrophysicist ang kanilang utak sa loob ng mahigit isang dekada.
