Origine del buco nero. Buco nero

Molti credono che la scoperta dell'esistenza dei buchi neri sia merito di Albert Einstein.

Tuttavia, Einstein completò la sua teoria nel 1916 e John Mitchell pensò a questa idea già nel 1783. Non è stato utilizzato perché questo prete inglese semplicemente non sapeva cosa farne.

Mitchell iniziò a sviluppare la teoria dei buchi neri quando accettò l'idea di Newton secondo cui la luce era costituita da piccole particelle materiali chiamate fotoni. Pensò al movimento di queste particelle di luce e giunse alla conclusione che dipende dal campo gravitazionale della stella che lasciano. Ha cercato di capire cosa accadrebbe a queste particelle se il campo gravitazionale fosse troppo forte perché la luce potesse sfuggire.

Mitchell è anche il fondatore della moderna sismologia. Ha suggerito che i terremoti viaggiano attraverso la terra come onde.

2. Attirano davvero lo spazio che li circonda.

Prova a immaginare lo spazio come un foglio di gomma. Immagina che i pianeti siano palline che premono su questo foglio. Si deforma e non ha più linee rette. Questo crea un campo gravitazionale e spiega perché i pianeti si muovono attorno alle stelle.

Se la massa dell'oggetto aumenta, la deformazione dello spazio potrebbe diventare ancora maggiore. Questi ulteriori disturbi aumentano la forza di gravità e accelerano l’orbita, facendo sì che i satelliti si muovano attorno agli oggetti sempre più velocemente.

Ad esempio, Mercurio si muove attorno al Sole ad una velocità di 48 km/s, mentre la velocità orbitale delle stelle vicine al buco nero al centro della nostra galassia raggiunge i 4800 km/s.

Se la forza gravitazionale è abbastanza forte, il satellite entra in collisione con un oggetto di grandi dimensioni.

3. Non tutti i buchi neri sono uguali

Di solito pensiamo che tutti i buchi neri siano essenzialmente la stessa cosa. Tuttavia, gli astronomi hanno recentemente scoperto che possono essere suddivisi in diverse varietà.

Ci sono buchi neri rotanti, buchi neri con carica elettrica e buchi neri che includono caratteristiche dei primi due. I buchi neri ordinari si formano assorbendo materia, mentre un buco nero rotante si forma dalla fusione di due di questi buchi.

Questi buchi neri consumano molta più energia a causa della maggiore perturbazione nello spazio. Un buco nero carico e rotante agisce come un acceleratore di particelle.

Il buco nero, denominato GRS 1915+105, si trova a una distanza di circa 35mila anni luce dalla Terra. Gira ad una velocità di 950 giri al secondo.

4. La loro densità è incredibilmente alta

I buchi neri devono essere estremamente massicci pur essendo incredibilmente piccoli per generare una forza gravitazionale sufficientemente forte da contenere la luce. Ad esempio, se crei un buco nero con una massa pari alla massa della Terra, otterrai una palla con un diametro di soli 9 mm.

Un buco nero con una massa 4 milioni di volte quella del Sole potrebbe adattarsi allo spazio tra Mercurio e il Sole. I buchi neri al centro delle galassie possono avere una massa compresa tra 10 e 30 milioni di volte la massa del Sole.

Una massa così grande in uno spazio così piccolo significa che i buchi neri sono incredibilmente densi e anche le forze che agiscono al loro interno sono molto forti.

5. Sono piuttosto rumorosi

Tutto ciò che circonda il buco nero viene trascinato in questo abisso e allo stesso tempo accelera. L'orizzonte degli eventi (il confine della regione dello spazio-tempo, da cui le informazioni non possono raggiungere l'osservatore a causa della velocità finita della luce; circa mixstuff) accelera le particelle quasi alla velocità della luce.

Quando la materia attraversa il centro dell'orizzonte degli eventi, si sente un gorgoglio. Questo suono è la conversione dell'energia del movimento in onde sonore.

Nel 2003, gli astronomi utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra hanno rilevato onde sonore provenienti da un buco nero supermassiccio situato a 250 milioni di anni luce di distanza.

6. Niente può sfuggire alla loro attrazione.

Quando qualcosa (può essere un pianeta, una stella, una galassia o una particella di luce) passa abbastanza vicino a un buco nero, allora questo oggetto verrà inevitabilmente catturato dal suo campo gravitazionale. Se qualcos'altro che agisce sull'oggetto, ad esempio un razzo, è più forte dell'attrazione gravitazionale del buco nero, allora può evitare di essere divorato.

Fino a quando, ovviamente, non raggiunge l’orizzonte degli eventi. Il punto oltre il quale non è più possibile uscire dal buco nero. Per uscire dall'orizzonte degli eventi è necessario sviluppare una velocità superiore a quella della luce, e questo è impossibile.

Questo è il lato oscuro di un buco nero: se la luce non riesce a lasciarlo, non saremo mai in grado di guardarci dentro.

Gli scienziati ritengono che anche un piccolo buco nero possa farti a pezzi molto prima che superi l'orizzonte degli eventi. Più sei vicino a un pianeta, una stella o un buco nero, più forte è la forza di gravità. Se voli prima con i piedi verso un buco nero, la forza di gravità nei tuoi piedi sarà molto maggiore che nella tua testa. Questo ti farà a pezzi.

7. Rallentano il tempo

La luce si piega attorno all’orizzonte degli eventi, ma alla fine viene catturata nell’oblio mentre penetra.

È possibile descrivere cosa accadrebbe a un orologio se cadesse in un buco nero e vi sopravvivesse. Man mano che si avvicinano all’orizzonte degli eventi, rallenteranno e alla fine si fermeranno completamente.

Questo congelamento del tempo si verifica a causa della dilatazione gravitazionale del tempo, che è spiegata dalla teoria della relatività di Einstein. La forza gravitazionale in un buco nero è così forte che può rallentare il tempo. Dal punto di vista dell'orologio, tutto sta andando bene. L'orologio scomparirà dalla vista mentre la sua luce continuerà ad allungarsi. La luce diventerà sempre più rossa, la lunghezza d'onda aumenterà e alla fine andrà oltre lo spettro visibile.

8. Sono perfetti produttori di energia

I buchi neri risucchiano tutta la massa circostante. All'interno di un buco nero, tutto questo è compresso così tanto che lo spazio tra i singoli elementi degli atomi viene compresso e, di conseguenza, si formano particelle subatomiche che possono volare via. Queste particelle fuggono dal buco nero grazie alle linee del campo magnetico che attraversano l'orizzonte degli eventi.

Il rilascio di particelle crea energia in modo abbastanza efficiente. Convertire la massa in energia in questo modo è 50 volte più efficiente della fusione nucleare.

9. Limitano il numero di stelle

Una volta il famoso astrofisico Carl Sagan disse: ci sono più stelle nell'Universo che granelli di sabbia sulle spiagge di tutto il mondo. Ma sembra che ci siano solo 10 22 stelle nell'Universo.

Questo numero è determinato dal numero di buchi neri. I flussi di particelle rilasciati dai buchi neri si espandono in bolle che si diffondono attraverso le regioni di formazione stellare. Le regioni di formazione stellare sono aree di nubi di gas che possono raffreddarsi e formare stelle. I flussi di particelle riscaldano queste nubi di gas e impediscono la formazione di stelle.

Ciò significa che esiste una relazione equilibrata tra il numero di stelle e l’attività dei buchi neri. Troppe stelle in una galassia la renderanno troppo calda ed esplosiva perché la vita possa svilupparsi, ma anche troppo poche stelle non favoriscono la vita.

10. Siamo fatti della stessa pasta

Alcuni ricercatori ritengono che i buchi neri ci aiuteranno a creare nuovi elementi perché scompongono la materia in particelle subatomiche.

Queste particelle sono coinvolte nella formazione delle stelle, che a sua volta porta alla creazione di elementi più pesanti dell'elio, come ferro e carbonio, necessari per la formazione dei pianeti rocciosi e della vita. Questi elementi fanno parte di tutto ciò che ha massa, e quindi tu ed io.

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Ha ricevuto questo nome perché assorbe la luce, ma non la riflette come altri oggetti. In effetti, ci sono molti fatti sui buchi neri e oggi vi parleremo di alcuni dei più interessanti. Fino a tempi relativamente recenti si credeva così buco nero nello spazio aspira tutto ciò che gli è vicino o gli vola accanto: i pianeti sono spazzatura, ma recentemente gli scienziati hanno iniziato a sostenere che dopo un po 'il contenuto “risputa” indietro, solo in una forma completamente diversa. Se siete interessati buchi neri nello spazio fatti interessanti Vi diremo di più su di loro oggi.

Esiste una minaccia per la Terra?

Esistono due buchi neri che potrebbero rappresentare una vera minaccia per il nostro pianeta, ma per nostra fortuna si trovano molto lontano, a una distanza di circa 1600 anni luce. Gli scienziati sono stati in grado di rilevare questi oggetti solo perché si trovavano vicino al Sistema Solare e speciali dispositivi che catturavano i raggi X erano in grado di vederli. Si presume che l'enorme forza di gravità possa influenzare i buchi neri in modo tale da fonderli in uno solo.

È improbabile che qualcuno dei nostri contemporanei possa cogliere il momento in cui questi oggetti misteriosi scompariranno. Il processo di morte dei buchi avviene così lentamente.

Un buco nero è una stella del passato

Come si formano i buchi neri nello spazio? Le stelle hanno una quantità impressionante di combustibile termonucleare, motivo per cui brillano così intensamente. Ma tutte le risorse si esauriscono e la stella si raffredda, perdendo gradualmente la sua luminosità e trasformandosi in una nana nera. È noto che in una stella raffreddata si verifica un processo di compressione, di conseguenza esplode e le sue particelle si disperdono su grandi distanze nello spazio, attirando oggetti vicini, aumentando così le dimensioni del buco nero.

Il più interessante sui buchi neri nello spazio dobbiamo ancora studiarlo, ma sorprendentemente la sua densità, nonostante le sue dimensioni impressionanti, può essere pari alla densità dell'aria. Ciò suggerisce che anche gli oggetti più grandi nello spazio possono avere lo stesso peso dell’aria, cioè possono essere incredibilmente leggeri. Qui come appaiono i buchi neri nello spazio.

Il tempo scorre molto lentamente dentro e attorno al buco nero, quindi gli oggetti che volano nelle vicinanze rallentano il loro movimento. La ragione di tutto è l'enorme forza di gravità, un fatto ancora più sorprendente è che tutti i processi che si verificano nel buco stesso hanno una velocità incredibile. Ad esempio, se lo osservi che aspetto ha un buco nero nello spazio, essendo fuori dai confini della massa consumatrice, sembra che tutto sia fermo. Tuttavia, non appena l'oggetto fosse entrato, si sarebbe fatto a pezzi in un istante. Oggi ce lo mostrano che aspetto ha un buco nero in una foto spaziale, simulato da programmi speciali.

Definizione di buco nero?

Ora lo sappiamo da dove vengono i buchi neri nello spazio. Ma cos’altro hanno di speciale? È impossibile a priori dire che un buco nero sia un pianeta o una stella, perché questo corpo non è né gassoso né solido. Si tratta di un oggetto capace di distorcere non solo la larghezza, la lunghezza e l'altezza, ma anche la sequenza temporale. Il che sfida completamente le leggi fisiche. Gli scienziati affermano che il tempo nell'area dell'orizzonte di un'unità spaziale può spostarsi avanti e indietro. Cosa c'è in un buco nero nello spazio?È impossibile immaginarlo, i quanti di luce che arrivano vengono moltiplicati più volte per la massa della singolarità, questo processo aumenta la potenza della forza gravitazionale. Pertanto, se porti con te una torcia e entri in un buco nero, non si illuminerà. La singolarità è il punto in cui tutto tende all'infinito.

La struttura di un buco nero è una singolarità e un orizzonte degli eventi. All'interno della singolarità, le teorie fisiche perdono completamente il loro significato, motivo per cui rimane ancora un mistero per gli scienziati. Attraversando il confine (orizzonte degli eventi), un oggetto fisico perde l'opportunità di ritornare. Non lo sappiamo lontano tutto sui buchi neri nello spazio, ma l'interesse per loro non svanisce.

I buchi neri sono forse gli oggetti astronomici più misteriosi ed enigmatici del nostro Universo; fin dalla loro scoperta hanno attirato l'attenzione degli scienziati e stimolano l'immaginazione degli scrittori di fantascienza. Cosa sono i buchi neri e cosa rappresentano? I buchi neri sono stelle estinte che, per le loro caratteristiche fisiche, hanno una densità così elevata e una gravità così potente che nemmeno la luce può sfuggire al di là di essi.

Storia della scoperta dei buchi neri

Per la prima volta, l'esistenza teorica dei buchi neri, molto prima della loro effettiva scoperta, fu suggerita da un certo D. Michel (un prete inglese dello Yorkshire, interessato all'astronomia nel tempo libero) nel 1783. Secondo i suoi calcoli, se prendiamo il nostro e lo comprimiamo (nel moderno linguaggio informatico, lo archiviamo) in un raggio di 3 km, si formerà una forza gravitazionale così grande (semplicemente enorme) che nemmeno la luce sarà in grado di lasciarla. . È così che è apparso il concetto di “buco nero”, anche se in realtà non è affatto nero; a nostro avviso il termine “buco nero” sarebbe più appropriato, perché è proprio l’assenza di luce che si verifica.

Più tardi, nel 1918, il grande scienziato Albert Einstein scrisse sulla questione dei buchi neri nel contesto della teoria della relatività. Ma fu solo nel 1967, grazie agli sforzi dell’astrofisico americano John Wheeler, che il concetto di buchi neri conquistò finalmente un posto nei circoli accademici.

Comunque sia, D. Michel, Albert Einstein e John Wheeler nelle loro opere presupponevano solo l'esistenza teorica di questi misteriosi oggetti celesti nello spazio, ma la vera scoperta dei buchi neri ebbe luogo nel 1971, fu allora che essi furono notati per la prima volta al telescopio.

Ecco come appare un buco nero.

Come si formano i buchi neri nello spazio

Come sappiamo dall'astrofisica, tutte le stelle (compreso il nostro Sole) hanno una riserva limitata di carburante. E sebbene la vita di una stella possa durare miliardi di anni, prima o poi questa fornitura condizionata di carburante finisce e la stella “si spegne”. Il processo di “svanimento” di una stella è accompagnato da intense reazioni, durante le quali la stella subisce una trasformazione significativa e, a seconda delle sue dimensioni, può trasformarsi in una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. Inoltre, le stelle più grandi, con dimensioni incredibilmente impressionanti, di solito si trasformano in un buco nero: a causa della compressione di queste dimensioni incredibili, si verifica un aumento multiplo della massa e della forza gravitazionale del buco nero appena formato, che si trasforma in un buco nero una specie di aspirapolvere galattico che assorbe tutto e tutti coloro che lo circondano.

Un buco nero ingoia una stella.

Una piccola nota: il nostro Sole, per gli standard galattici, non è affatto una grande stella e dopo la sua estinzione, che avverrà tra circa qualche miliardo di anni, molto probabilmente non si trasformerà in un buco nero.

Ma siamo onesti con voi: oggi gli scienziati non conoscono ancora tutte le complessità della formazione di un buco nero, senza dubbio si tratta di un processo astrofisico estremamente complesso, che di per sé può durare milioni di anni. Anche se è possibile avanzare in questa direzione potrebbe essere la scoperta e il successivo studio dei cosiddetti buchi neri intermedi, cioè stelle in stato di estinzione, in cui avviene il processo attivo di formazione del buco nero. A proposito, una stella simile è stata scoperta dagli astronomi nel 2014 nel braccio di una galassia a spirale.

Quanti buchi neri ci sono nell'Universo?

Secondo le teorie degli scienziati moderni, nella nostra galassia, la Via Lattea, potrebbero esserci fino a centinaia di milioni di buchi neri. Potrebbero non essercene di meno nella nostra galassia vicina, verso la quale non c'è nulla da cui volare dalla nostra Via Lattea - 2,5 milioni di anni luce.

Teoria del buco nero

Nonostante l'enorme massa (che è centinaia di migliaia di volte maggiore della massa del nostro Sole) e l'incredibile forza di gravità, non è stato facile vedere i buchi neri attraverso un telescopio, perché non emettono affatto luce. Gli scienziati sono riusciti a notare il buco nero solo al momento del suo "pasto" - assorbimento di un'altra stella, in questo momento appare la radiazione caratteristica, che può già essere osservata. Pertanto, la teoria del buco nero ha trovato conferma effettiva.

Proprietà dei buchi neri

La proprietà principale di un buco nero sono i suoi incredibili campi gravitazionali, che non consentono allo spazio e al tempo circostanti di rimanere nel loro stato abituale. Sì, hai sentito bene, il tempo all'interno di un buco nero passa molte volte più lentamente del solito, e se tu fossi lì, quando tornassi indietro (se fossi così fortunato, ovviamente), saresti sorpreso di notare che sono passati secoli sulla Terra, e non sei nemmeno invecchiato e non hai fatto in tempo. Anche se siamo onesti, se fossi all’interno di un buco nero, difficilmente sopravviveresti, poiché lì la forza di gravità è tale che qualsiasi oggetto materiale verrebbe semplicemente fatto a pezzi, nemmeno in pezzi, in atomi.

Ma anche se fossi vicino a un buco nero, sotto l'influenza del suo campo gravitazionale, avresti difficoltà, poiché più resisti alla sua gravità, cercando di volare via, più velocemente cadresti dentro. La ragione di questo apparentemente paradosso è il campo di vortice gravitazionale che possiedono tutti i buchi neri.

Cosa succede se una persona cade in un buco nero?

Evaporazione dei buchi neri

L'astronomo inglese S. Hawking ha scoperto un fatto interessante: sembra che anche i buchi neri emettano . È vero, questo vale solo per i fori di massa relativamente piccola. La potente gravità che li circonda dà vita a coppie di particelle e antiparticelle, una delle coppie viene attirata dal buco e la seconda viene espulsa. Pertanto, il buco nero emette antiparticelle dure e raggi gamma. Questa evaporazione o radiazione da un buco nero prende il nome dallo scienziato che la scoprì: "radiazione di Hawking".

Il più grande buco nero

Secondo la teoria del buco nero, al centro di quasi tutte le galassie si trovano enormi buchi neri con masse da diversi milioni a diversi miliardi di masse solari. E relativamente di recente, gli scienziati hanno scoperto i due più grandi buchi neri finora conosciuti; si trovano in due galassie vicine: NGC 3842 e NGC 4849.

NGC 3842 è la galassia più luminosa della costellazione del Leone, situata a 320 milioni di anni luce da noi. Al suo centro si trova un enorme buco nero del peso di 9,7 miliardi di masse solari.

NGC 4849, una galassia nell'ammasso della Coma, distante 335 milioni di anni luce, vanta un buco nero altrettanto impressionante.

Il campo gravitazionale di questi buchi neri giganti, o in termini accademici, il loro orizzonte degli eventi, è circa 5 volte la distanza dal Sole a! Un simile buco nero divorerebbe il nostro sistema solare e non soffocherebbe nemmeno.

Il più piccolo buco nero

Ma nella vasta famiglia dei buchi neri ci sono anche rappresentanti molto piccoli. Pertanto, il buco nero più nano scoperto finora dagli scienziati ha solo 3 volte la massa del nostro Sole. Questo, infatti, è il minimo teorico richiesto per la formazione di un buco nero; se quella stella fosse stata leggermente più piccola, il buco non si sarebbe formato.

I buchi neri sono cannibali

Sì, esiste un fenomeno del genere, come abbiamo scritto sopra, i buchi neri sono una sorta di "aspirapolvere galattici" che assorbono tutto ciò che li circonda, inclusi... altri buchi neri. Recentemente, gli astronomi hanno scoperto che un buco nero di una galassia veniva divorato da un ghiottone nero ancora più grande, proveniente da un'altra galassia.

• Secondo le ipotesi di alcuni scienziati, i buchi neri non sono solo aspirapolvere galattici che risucchiano tutto dentro di sé, ma in determinate circostanze possono essi stessi dare vita a nuovi universi.
• I buchi neri possono evaporare nel tempo. Abbiamo scritto sopra che lo scienziato inglese Stephen Hawking ha scoperto che i buchi neri hanno la proprietà della radiazione e dopo un periodo di tempo molto lungo, quando non c'è più nulla da assorbire in giro, il buco nero inizierà a evaporare di più, finché col tempo darà tutta la sua massa nello spazio circostante. Anche se questa è solo una supposizione, un'ipotesi.
• I buchi neri rallentano il tempo e piegano lo spazio. Abbiamo già scritto della dilatazione del tempo, ma anche lo spazio nelle condizioni di un buco nero sarà completamente curvo.
• I buchi neri limitano il numero di stelle nell’Universo. I loro campi gravitazionali impediscono cioè il raffreddamento delle nubi di gas nello spazio, dalle quali, come è noto, nascono nuove stelle.

Buchi neri su Discovery Channel, video

E in conclusione, vi offriamo un interessante documentario scientifico sui buchi neri di Discovery Channel

Un buco nero è una regione speciale dello spazio. Questo è un certo accumulo di materia nera, capace di attrarre dentro di sé e assorbire altri oggetti nello spazio. Il fenomeno dei buchi neri non esiste ancora. Tutti i dati disponibili sono solo teorie e ipotesi di scienziati astronomi.

Il nome "buco nero" è stato coniato dallo scienziato J.A. Wheeler nel 1968 all'Università di Princeton.

Esiste una teoria secondo cui i buchi neri sono stelle, ma insolite, come quelle dei neutroni. Un buco nero - - perché ha una densità di luminescenza molto elevata e non emette assolutamente radiazioni. Pertanto, non è invisibile né agli infrarossi, né ai raggi X, né ai raggi radio.

Questa situazione è stata spiegata dall'astronomo francese P. Laplace 150 anni prima della scoperta dei buchi neri nello spazio. Secondo le sue argomentazioni, se una stella ha una densità pari alla densità della Terra e un diametro 250 volte maggiore del diametro del Sole, allora non consente ai raggi luminosi di diffondersi nell'Universo a causa della sua gravità, e quindi rimane invisibile. Pertanto, si presume che i buchi neri siano gli oggetti che emettono più potenti nell'Universo, ma non hanno una superficie solida.

Proprietà dei buchi neri

Tutte le presunte proprietà dei buchi neri si basano sulla teoria della relatività, derivata nel XX secolo da A. Einstein. Qualsiasi approccio tradizionale allo studio di questo fenomeno non fornisce alcuna spiegazione convincente per il fenomeno dei buchi neri.

La proprietà principale di un buco nero è la capacità di piegare il tempo e lo spazio. Qualsiasi oggetto in movimento catturato nel suo campo gravitazionale verrà inevitabilmente attirato, perché... in questo caso attorno all'oggetto appare un denso vortice gravitazionale, una sorta di imbuto. Allo stesso tempo, il concetto di tempo si trasforma. Gli scienziati, per calcolo, sono ancora propensi a concludere che i buchi neri non sono corpi celesti nel senso generalmente accettato. Si tratta davvero di una sorta di buchi, wormhole nel tempo e nello spazio, capaci di modificarlo e compattarlo.

Un buco nero è una regione chiusa dello spazio in cui è compressa la materia e dalla quale nulla può fuoriuscire, nemmeno la luce.

Secondo i calcoli degli astronomi, con il potente campo gravitazionale che esiste all'interno dei buchi neri, nessun oggetto può rimanere illeso. Verrà immediatamente fatto a pezzi in miliardi di pezzi prima ancora di entrare. Tuttavia, ciò non esclude la possibilità di scambiare particelle e informazioni con il loro aiuto. E se un buco nero ha una massa almeno un miliardo di volte maggiore della massa del Sole (supermassiccio), allora è teoricamente possibile che gli oggetti si muovano attraverso di esso senza il pericolo di essere fatti a pezzi dalla gravità.

Naturalmente si tratta solo di teorie, perché la ricerca degli scienziati è ancora troppo lontana dal comprendere quali processi e capacità nascondano i buchi neri. È del tutto possibile che qualcosa di simile possa accadere in futuro.

L'universo sconfinato è pieno di segreti, enigmi e paradossi. Nonostante il fatto che la scienza moderna abbia fatto un enorme passo avanti nell'esplorazione spaziale, gran parte di questo vasto mondo rimane incomprensibile per la visione del mondo umana. Sappiamo molto di stelle, nebulose, ammassi e pianeti. Tuttavia, nella vastità dell'Universo ci sono oggetti della cui esistenza possiamo solo immaginare. Ad esempio, sappiamo molto poco dei buchi neri. Le informazioni e le conoscenze di base sulla natura dei buchi neri si basano su ipotesi e congetture. Gli astrofisici e gli scienziati nucleari lottano con questo problema da decenni. Cos'è un buco nero nello spazio? Qual è la natura di tali oggetti?

Parlare di buchi neri in termini semplici

Per immaginare come sia un buco nero, basta vedere la coda di un treno che entra in un tunnel. Le luci di segnalazione sull'ultima carrozza diminuiranno di dimensioni man mano che il treno si addentra nel tunnel fino a scomparire completamente dalla vista. Si tratta cioè di oggetti in cui, a causa della mostruosa gravità, anche la luce scompare. Particelle elementari, elettroni, protoni e fotoni non sono in grado di superare la barriera invisibile e cadere nell'abisso nero del nulla, motivo per cui un tale buco nello spazio è chiamato nero. Al suo interno non c'è la minima area luminosa, completa oscurità e infinito. Cosa ci sia dall’altra parte del buco nero non è noto.

Questo aspirapolvere spaziale ha una forza gravitazionale colossale ed è in grado di assorbire un'intera galassia con tutti gli ammassi e superammassi di stelle, con nebulose e materia oscura per giunta. Com'è possibile? Possiamo solo indovinare. Le leggi della fisica a noi note in questo caso stanno scoppiando e non forniscono una spiegazione per i processi in atto. L'essenza del paradosso è che in una data parte dell'Universo l'interazione gravitazionale dei corpi è determinata dalla loro massa. Il processo di assorbimento da parte di un oggetto di un altro non è influenzato dalla loro composizione qualitativa e quantitativa. Le particelle, dopo aver raggiunto un numero critico in una determinata area, entrano in un altro livello di interazione, dove le forze gravitazionali diventano forze di attrazione. Un corpo, oggetto, sostanza o materia inizia a comprimersi sotto l'influenza della gravità, raggiungendo una densità colossale.

Processi approssimativamente simili si verificano durante la formazione di una stella di neutroni, dove la materia stellare viene compressa in volume sotto l'influenza della gravità interna. Gli elettroni liberi si combinano con i protoni per formare particelle elettricamente neutre: i neutroni. La densità di questa sostanza è enorme. Una particella di materia delle dimensioni di un pezzo di zucchero raffinato pesa miliardi di tonnellate. Qui sarebbe opportuno richiamare la teoria generale della relatività, dove spazio e tempo sono quantità continue. Di conseguenza, il processo di compressione non può essere interrotto a metà e quindi non ha limiti.

Potenzialmente, un buco nero sembra un buco in cui potrebbe esserci una transizione da una parte dello spazio a un'altra. Allo stesso tempo, le proprietà dello spazio e del tempo cambiano, contorcendosi in un imbuto spazio-temporale. Raggiungendo il fondo di questo imbuto, qualsiasi materia si disintegra in quanti. Cosa c'è dall'altra parte del buco nero, questo buco gigante? Forse c’è un altro spazio là fuori dove si applicano altre leggi e il tempo scorre nella direzione opposta.

Nel contesto della teoria della relatività, la teoria del buco nero si presenta così. Il punto nello spazio in cui le forze gravitazionali hanno compresso qualsiasi materia a dimensioni microscopiche ha una forza di attrazione colossale, la cui grandezza aumenta all'infinito. Appare una piega del tempo e lo spazio si piega, chiudendosi in un punto. Gli oggetti inghiottiti da un buco nero non sono in grado di resistere autonomamente alla forza di trazione di questo mostruoso aspirapolvere. Anche la velocità della luce, posseduta dai quanti, non consente alle particelle elementari di vincere la forza di gravità. Qualsiasi corpo che arriva a questo punto cessa di essere un oggetto materiale, fondendosi con una bolla spazio-temporale.

I buchi neri da un punto di vista scientifico

Se ti chiedi, come si formano i buchi neri? Non ci sarà una risposta chiara. Ci sono molti paradossi e contraddizioni nell'Universo che non possono essere spiegati da un punto di vista scientifico. La teoria della relatività di Einstein consente solo una spiegazione teorica della natura di tali oggetti, ma in questo caso la meccanica e la fisica quantistica tacciono.

Cercando di spiegare i processi che si verificano con le leggi della fisica, l'immagine sarà simile a questa. Un oggetto formato a seguito della colossale compressione gravitazionale di un corpo cosmico massiccio o supermassiccio. Questo processo ha un nome scientifico: collasso gravitazionale. Il termine “buco nero” fu sentito per la prima volta nella comunità scientifica nel 1968, quando l’astronomo e fisico americano John Wheeler cercò di spiegare lo stato del collasso stellare. Secondo la sua teoria, al posto di una stella massiccia che ha subito un collasso gravitazionale, appare un divario spaziale e temporale, in cui opera una compressione sempre crescente. Tutto ciò di cui è fatta la stella va dentro se stessa.

Questa spiegazione ci consente di concludere che la natura dei buchi neri non è in alcun modo collegata ai processi che si verificano nell'Universo. Tutto ciò che accade all'interno di questo oggetto non si riflette in alcun modo nello spazio circostante con un “MA”. La forza gravitazionale di un buco nero è così forte da piegare lo spazio, facendo ruotare le galassie attorno ai buchi neri. Di conseguenza diventa chiaro il motivo per cui le galassie assumono la forma di spirali. Non è noto quanto tempo impiegherà l'enorme galassia della Via Lattea a scomparire nell'abisso di un buco nero supermassiccio. Un fatto interessante è che i buchi neri possono apparire ovunque nello spazio, dove vengono create le condizioni ideali per questo. Una tale piega del tempo e dello spazio neutralizza le enormi velocità con cui le stelle ruotano e si muovono nello spazio della galassia. Il tempo in un buco nero scorre in un'altra dimensione. All'interno di questa regione, nessuna legge di gravità può essere interpretata in termini fisici. Questo stato è chiamato singolarità del buco nero.

I buchi neri non mostrano alcun segno esterno di identificazione; la loro esistenza può essere giudicata dal comportamento di altri oggetti spaziali che sono influenzati dai campi gravitazionali. L'intero quadro della lotta per la vita o la morte si svolge al confine di un buco nero, coperto da una membrana. Questa superficie immaginaria dell’imbuto è chiamata “orizzonte degli eventi”. Tutto ciò che vediamo fino a questo confine è tangibile e materiale.

Scenari di formazione del buco nero

Sviluppando la teoria di John Wheeler, possiamo concludere che molto probabilmente il mistero dei buchi neri non è nel processo della sua formazione. La formazione di un buco nero avviene a seguito del collasso di una stella di neutroni. Inoltre, la massa di un tale oggetto dovrebbe superare la massa del Sole di tre o più volte. La stella di neutroni si restringe fino a quando la sua stessa luce non riesce più a sfuggire allo stretto abbraccio della gravità. Esiste un limite alla dimensione alla quale una stella può ridursi, dando vita a un buco nero. Questo raggio è chiamato raggio gravitazionale. Le stelle massicce nella fase finale del loro sviluppo dovrebbero avere un raggio gravitazionale di diversi chilometri.

Oggi gli scienziati hanno ottenuto prove indirette della presenza di buchi neri in una dozzina di stelle binarie a raggi X. Le stelle, le pulsar o i burster dei raggi X non hanno una superficie solida. Inoltre, la loro massa è maggiore della massa di tre Soli. Lo stato attuale dello spazio nella costellazione del Cigno, la stella a raggi X Cygnus X-1, ci consente di tracciare il processo di formazione di questi curiosi oggetti.

Sulla base della ricerca e dei presupposti teorici, oggi nella scienza esistono quattro scenari per la formazione delle stelle nere:

• collasso gravitazionale di una stella massiccia nella fase finale della sua evoluzione;
• collasso della regione centrale della galassia;
• la formazione dei buchi neri durante il Big Bang;
• formazione dei buchi neri quantistici.

Il primo scenario è il più realistico, ma il numero di stelle nere che conosciamo oggi supera il numero di stelle di neutroni conosciute. E l'età dell'Universo non è così grande che un così numero di stelle massicce possa attraversare l'intero processo di evoluzione.

Il secondo scenario ha diritto alla vita, e ce n'è un esempio lampante: il buco nero supermassiccio Sagittarius A*, annidato al centro della nostra galassia. La massa di questo oggetto è 3,7 masse solari. Il meccanismo di questo scenario è simile allo scenario del collasso gravitazionale, con l’unica differenza che non è la stella a collassare, ma il gas interstellare. Sotto l'influenza delle forze gravitazionali, il gas viene compresso fino a raggiungere una massa e una densità critiche. In un momento critico, la materia si disintegra in quanti, formando un buco nero. Tuttavia, questa teoria è in dubbio, poiché recentemente gli astronomi della Columbia University hanno identificato i satelliti del buco nero Sagittarius A*. Si sono rivelati tanti piccoli buchi neri, che probabilmente si sono formati in modo diverso.

Il terzo scenario è più teorico ed è associato all’esistenza della teoria del Big Bang. Al momento della formazione dell'Universo, parte della materia e dei campi gravitazionali subirono delle fluttuazioni. In altre parole, i processi hanno preso un percorso diverso, estraneo ai processi conosciuti della meccanica quantistica e della fisica nucleare.

L'ultimo scenario si concentra sulla fisica di un'esplosione nucleare. Negli ammassi di materia, durante le reazioni nucleari sotto l'influenza delle forze gravitazionali, si verifica un'esplosione, al posto della quale si forma un buco nero. La materia esplode verso l'interno, assorbendo tutte le particelle.

Esistenza ed evoluzione dei buchi neri

Avendo un'idea approssimativa della natura di oggetti spaziali così strani, qualcos'altro è interessante. Quali sono le reali dimensioni dei buchi neri e quanto velocemente crescono? Le dimensioni dei buchi neri sono determinate dal loro raggio gravitazionale. Nel caso dei buchi neri, il raggio del buco nero è determinato dalla sua massa ed è chiamato raggio di Schwarzschild. Ad esempio, se un oggetto ha una massa pari alla massa del nostro pianeta, il raggio di Schwarzschild in questo caso è 9 mm. Il nostro luminare principale ha un raggio di 3 km. La densità media di un buco nero formatosi al posto di una stella con una massa di 10⁸ masse solari sarà vicina alla densità dell'acqua. Il raggio di tale formazione sarà di 300 milioni di chilometri.

È probabile che tali buchi neri giganti si trovino al centro delle galassie. Ad oggi si conoscono 50 galassie, al centro delle quali si trovano enormi pozzi temporali e spaziali. La massa di questi giganti è pari a miliardi della massa del Sole. Si può solo immaginare quale forza di attrazione colossale e mostruosa abbia un simile buco.

Per quanto riguarda i piccoli fori, si tratta di mini-oggetti, il cui raggio raggiunge valori trascurabili, solo 10¯¹² cm, la massa di tali briciole è di 10¹⁴ g. Tali formazioni sono sorte al momento del Big Bang, ma col passare del tempo sono aumentate di dimensioni e oggi sfoggiano nello spazio come mostri. Gli scienziati stanno ora cercando di ricreare le condizioni in cui si sono formati piccoli buchi neri in condizioni terrestri. A tal fine vengono condotti esperimenti in collisori di elettroni, attraverso i quali le particelle elementari vengono accelerate alla velocità della luce. I primi esperimenti hanno permesso di ottenere plasma di quark e gluoni in condizioni di laboratorio, la materia che esisteva agli albori della formazione dell'Universo. Tali esperimenti ci permettono di sperare che l'esistenza di un buco nero sulla Terra sia solo questione di tempo. Un'altra questione è se una tale conquista della scienza umana non si trasformerà in un disastro per noi e per il nostro pianeta. Creando un buco nero artificiale, possiamo aprire il vaso di Pandora.

Recenti osservazioni di altre galassie hanno permesso agli scienziati di scoprire buchi neri le cui dimensioni superano tutte le aspettative e ipotesi immaginabili. L'evoluzione che avviene con tali oggetti ci permette di comprendere meglio perché cresce la massa dei buchi neri e qual è il suo reale limite. Gli scienziati hanno concluso che tutti i buchi neri conosciuti sono cresciuti fino alle dimensioni reali entro 13-14 miliardi di anni. La differenza di dimensioni è spiegata dalla densità dello spazio circostante. Se un buco nero ha abbastanza cibo alla portata delle sue forze gravitazionali, cresce a passi da gigante, raggiungendo una massa di centinaia o migliaia di masse solari. Da qui la dimensione gigantesca di tali oggetti situati al centro delle galassie. Un enorme ammasso di stelle, enormi masse di gas interstellare forniscono cibo abbondante per la crescita. Quando le galassie si fondono, i buchi neri possono fondersi insieme per formare un nuovo oggetto supermassiccio.

A giudicare dall'analisi dei processi evolutivi, è consuetudine distinguere due classi di buchi neri:

• oggetti con una massa 10 volte quella solare;
• oggetti massicci la cui massa è di centinaia di migliaia, miliardi di masse solari.

Esistono buchi neri con una massa media intermedia pari a 100-10mila masse solari, ma la loro natura resta ancora sconosciuta. Esiste circa uno di questi oggetti per galassia. Lo studio delle stelle a raggi X ha permesso di trovare due buchi neri di media massa a una distanza di 12 milioni di anni luce nella galassia M82. La massa di un oggetto varia nell'intervallo tra 200 e 800 masse solari. L'altro oggetto è molto più grande e ha una massa di 10-40mila masse solari. Il destino di tali oggetti è interessante. Si trovano vicino agli ammassi stellari, venendo gradualmente attratti dal buco nero supermassiccio situato nella parte centrale della galassia.

Il nostro pianeta e i buchi neri

Nonostante la ricerca di indizi sulla natura dei buchi neri, il mondo scientifico è preoccupato per il posto e il ruolo del buco nero nel destino della Via Lattea e, in particolare, nel destino del pianeta Terra. La piega del tempo e dello spazio che esiste al centro della Via Lattea assorbe gradualmente tutti gli oggetti esistenti attorno ad essa. Milioni di stelle e trilioni di tonnellate di gas interstellare sono già stati inghiottiti dal buco nero. Col tempo, la svolta arriverà ai bracci del Cigno e del Sagittario, in cui si trova il sistema Solare, che copre una distanza di 27mila anni luce.

L'altro buco nero supermassiccio più vicino si trova nella parte centrale della galassia di Andromeda. Dista da noi circa 2,5 milioni di anni luce. Probabilmente, prima che il nostro oggetto Sagittarius A* inghiottisca la sua stessa galassia, dovremmo aspettarci una fusione di due galassie vicine. Di conseguenza, due buchi neri supermassicci si fonderanno in uno solo, di dimensioni terribili e mostruose.

I piccoli buchi neri sono una questione completamente diversa. Per inghiottire il pianeta Terra è sufficiente un buco nero con un raggio di un paio di centimetri. Il problema è che, per sua natura, un buco nero è un oggetto completamente senza volto. Nessuna radiazione o radiazione emana dal suo ventre, quindi è abbastanza difficile notare un oggetto così misterioso. Solo a distanza ravvicinata è possibile rilevare la deflessione della luce di fondo, il che indica che c'è un buco nello spazio in questa regione dell'Universo.

Ad oggi, gli scienziati hanno stabilito che il buco nero più vicino alla Terra è l'oggetto V616 Monocerotis. Il mostro si trova a 3000 anni luce dal nostro sistema. Questa è una formazione di grandi dimensioni, la sua massa è di 9-13 masse solari. Un altro oggetto vicino che rappresenta una minaccia per il nostro mondo è il buco nero Gygnus X-1. Siamo separati da questo mostro da una distanza di 6.000 anni luce. I buchi neri scoperti nel nostro quartiere fanno parte di un sistema binario, cioè esistono in prossimità della stella che alimenta l'oggetto insaziabile.

Conclusione

L'esistenza di oggetti così misteriosi e misteriosi nello spazio come i buchi neri ci costringe certamente a stare in guardia. Tuttavia, tutto ciò che accade ai buchi neri accade abbastanza raramente, data l’età dell’Universo e le grandi distanze. Per 4,5 miliardi di anni il sistema solare è rimasto in riposo, esistendo secondo le leggi a noi note. Durante questo periodo, nulla di simile, né una distorsione dello spazio né una piega del tempo, apparve vicino al Sistema Solare. Probabilmente non ci sono le condizioni adatte per questo. La parte della Via Lattea in cui risiede il sistema solare è un'area di spazio calma e stabile.

Gli scienziati ammettono che la comparsa dei buchi neri non è casuale. Tali oggetti svolgono il ruolo di inservienti nell'Universo, distruggendo i corpi cosmici in eccesso. Per quanto riguarda il destino dei mostri stessi, la loro evoluzione non è stata ancora completamente studiata. Esiste una versione secondo cui i buchi neri non sono eterni e ad un certo punto potrebbero cessare di esistere. Non è più un segreto che tali oggetti rappresentino potenti fonti di energia. Che tipo di energia sia e come viene misurata è un'altra questione.

Grazie agli sforzi di Stephen Hawking, alla scienza è stata presentata la teoria secondo cui un buco nero emette ancora energia mentre perde la sua massa. Nelle sue ipotesi, lo scienziato è stato guidato dalla teoria della relatività, in cui tutti i processi sono interrelati tra loro. Niente scompare senza apparire altrove. Qualsiasi materia può essere trasformata in un'altra sostanza, con un tipo di energia che si sposta ad un altro livello energetico. Questo potrebbe essere il caso dei buchi neri, che sono un portale di transizione da uno stato all’altro.

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