Pôvod čiernej diery. Čierna diera

Väčšina verí, že objavenie existencie čiernych dier je zásluhou Alberta Einsteina.

Einstein však dokončil svoju teóriu v roku 1916 a John Mitchell o tejto myšlienke premýšľal už v roku 1783. Nebol použitý, pretože tento anglický kňaz jednoducho nevedel, čo s ním.

Mitchell začal rozvíjať teóriu čiernych dier, keď prijal Newtonovu myšlienku, že svetlo sa skladá z malých hmotných častíc nazývaných fotóny. Zamyslel sa nad pohybom týchto svetelných častíc a dospel k záveru, že to závisí od gravitačného poľa hviezdy, ktorú opúšťajú. Snažil sa pochopiť, čo by sa stalo s týmito časticami, keby bolo gravitačné pole príliš silné na to, aby uniklo svetlo.

Mitchell je tiež zakladateľom modernej seizmológie. Navrhol, že zemetrasenia sa šíria zemou ako vlny.

2. Naozaj priťahujú priestor okolo seba.

Skúste si predstaviť priestor ako gumenú plachtu. Predstavte si, že planéty sú gule, ktoré tlačia na tento list. Deformuje sa a už nemá rovné čiary. To vytvára gravitačné pole a vysvetľuje, prečo sa planéty pohybujú okolo hviezd.

Ak sa hmotnosť objektu zvýši, deformácia priestoru sa môže ešte zväčšiť. Tieto dodatočné poruchy zvyšujú gravitačnú silu a zrýchľujú obežnú dráhu, čo spôsobuje, že sa satelity pohybujú okolo objektov rýchlejšie a rýchlejšie.

Napríklad Merkúr sa pohybuje okolo Slnka rýchlosťou 48 km/s, zatiaľ čo obežná rýchlosť hviezd v blízkosti čiernej diery v strede našej galaxie dosahuje 4800 km/s.

Ak je gravitačná sila dostatočne silná, satelit sa zrazí s veľkým objektom.

3. Nie všetky čierne diery sú rovnaké

Zvyčajne si myslíme, že všetky čierne diery sú v podstate to isté. Astronómovia však nedávno zistili, že ich možno rozdeliť do niekoľkých odrôd.

Existujú rotujúce čierne diery, čierne diery s elektrickým nábojom a čierne diery, ktoré obsahujú znaky prvých dvoch. Bežné čierne diery vznikajú pohlcovaním hmoty a rotujúca čierna diera vzniká spojením dvoch takýchto dier.

Tieto čierne diery vynakladajú oveľa viac energie v dôsledku zvýšeného narušenia vesmíru. Nabitá rotujúca čierna diera funguje ako urýchľovač častíc.

Čierna diera s názvom GRS 1915+105 sa nachádza vo vzdialenosti asi 35-tisíc svetelných rokov od Zeme. Točí sa rýchlosťou 950 otáčok za sekundu.

4. Ich hustota je neskutočne vysoká

Čierne diery musia byť extrémne masívne a zároveň neuveriteľne malé, aby vytvorili dostatočne silnú gravitačnú silu na zachytenie svetla. Ak napríklad vytvoríte čiernu dieru s hmotnosťou rovnajúcou sa hmotnosti Zeme, dostanete guľu s priemerom iba 9 mm.

Do priestoru medzi Merkúrom a Slnkom by sa mohla zmestiť čierna diera s hmotnosťou 4 milióny násobku hmotnosti Slnka. Čierne diery v strede galaxií môžu mať hmotnosť 10 až 30 miliónov krát väčšiu ako hmotnosť Slnka.

Tak veľa hmoty v tak malom priestore znamená, že čierne diery sú neskutočne husté a sily pôsobiace v nich sú tiež veľmi silné.

5. Sú dosť hlučné

Všetko, čo obklopuje čiernu dieru, je vtiahnuté do tejto priepasti a zároveň sa zrýchľuje. Horizont udalostí (hranica časopriestorovej oblasti, z ktorej sa informácia nemôže dostať k pozorovateľovi kvôli konečnej rýchlosti svetla; cca mixstuff) urýchľuje častice takmer na rýchlosť svetla.

Keď hmota prekročí stred horizontu udalostí, ozve sa bublavý zvuk. Tento zvuk je premena pohybovej energie na zvukové vlny.

V roku 2003 astronómovia pomocou röntgenového observatória Chandra zachytili zvukové vlny vychádzajúce zo supermasívnej čiernej diery vzdialenej 250 miliónov svetelných rokov.

6. Nič nemôže uniknúť ich príťažlivosti.

Keď niečo (môže to byť planéta, hviezda, galaxia alebo častica svetla) prejde dostatočne blízko k čiernej diere, potom bude tento objekt nevyhnutne zachytený jej gravitačným poľom. Ak niečo iné, čo pôsobí na objekt, povedzme raketa, je silnejšie ako gravitačná sila čiernej diery, potom sa môže vyhnúť pohlteniu.

Samozrejme, kým nedosiahne horizont udalostí. Bod, po ktorom už nie je možné opustiť čiernu dieru. Na opustenie horizontu udalostí je potrebné vyvinúť rýchlosť väčšiu ako rýchlosť svetla, a to je nemožné.

Toto je temná strana čiernej diery – ak ju svetlo nedokáže opustiť, nikdy sa nebudeme môcť pozrieť dovnútra.

Vedci veria, že aj malá čierna diera vás roztrhá na kusy dlho predtým, ako prejdete horizontom udalostí. Čím bližšie ste k planéte, hviezde alebo čiernej diere, tým silnejšia je sila gravitácie. Ak letíte nohami najprv smerom k čiernej diere, gravitačná sila vo vašich nohách bude oveľa väčšia ako vo vašej hlave. Toto vás roztrhne.

7. Spomaľujú čas

Svetlo sa ohýba okolo horizontu udalostí, ale pri preniknutí je nakoniec zachytené do zabudnutia.

Je možné opísať, čo sa stane s hodinkami, ak spadnú do čiernej diery a prežijú tam. Keď sa priblížia k horizontu udalostí, spomalia a nakoniec sa úplne zastavia.

Toto zmrazenie času nastáva v dôsledku gravitačnej dilatácie času, čo vysvetľuje Einsteinova teória relativity. Gravitačná sila v čiernej diere je taká silná, že dokáže spomaliť čas. Z pohľadu hodiniek ide všetko dobre. Hodiny zmiznú z dohľadu, zatiaľ čo svetlo z nich sa bude naťahovať. Svetlo bude čoraz červenšie, vlnová dĺžka sa zvýši a nakoniec prekročí viditeľné spektrum.

8. Sú dokonalými výrobcami energie

Čierne diery nasávajú všetku okolitú hmotu. Vo vnútri čiernej diery je toto všetko stlačené natoľko, že sa stlačí priestor medzi jednotlivými prvkami atómov a v dôsledku toho vznikajú subatomárne častice, ktoré môžu vyletieť. Tieto častice unikajú z čiernej diery vďaka magnetickým siločiaram pretínajúcim horizont udalostí.

Uvoľňovanie častíc vytvára energiu pomerne efektívnym spôsobom. Premena hmoty na energiu týmto spôsobom je 50-krát efektívnejšia ako jadrová fúzia.

9. Obmedzujú počet hviezdičiek

Kedysi slávny astrofyzik Carl Sagan povedal: Vo vesmíre je viac hviezd, ako je zrniek piesku na plážach celého sveta. Ale vyzerá to tak, že vo vesmíre je len 10 22 hviezd.

Toto číslo je určené počtom čiernych dier. Prúdy častíc uvoľnených čiernymi dierami sa rozširujú do bublín, ktoré sa šíria cez oblasti vytvárania hviezd. Oblasti tvorby hviezd sú oblasti oblakov plynu, ktoré sa môžu ochladzovať a vytvárať hviezdy. Prúdy častíc zahrievajú tieto plynové oblaky a zabraňujú vzniku hviezd.

To znamená, že medzi počtom hviezd a aktivitou čiernych dier existuje vyvážený vzťah. Príliš veľa hviezd v galaxii spôsobí, že bude príliš horúca a výbušná na to, aby sa mohol vyvinúť život, ale príliš málo hviezd tiež neprospieva životu.

10. Sme z rovnakého materiálu

Niektorí vedci sa domnievajú, že čierne diery nám pomôžu vytvoriť nové prvky, pretože rozkladajú hmotu na subatomárne častice.

Tieto častice sa podieľajú na tvorbe hviezd, čo následne vedie k vytvoreniu prvkov ťažších ako hélium, ako je železo a uhlík, ktoré sú potrebné na vznik kamenných planét a života. Tieto prvky sú súčasťou všetkého, čo má hmotnosť, a teda vy a ja.

Najväčšie vedecké objavy roku 2014

10 hlavných otázok o vesmíre, na ktoré vedci práve teraz hľadajú odpovede

10 spôsobov, ako môže vesmír zabíjať ľudí

Pozrite sa na tento pôsobivý vír trosiek, ktorý obklopuje našu planétu

Počúvajte zvuk vesmíru

Tento názov dostal, pretože pohlcuje svetlo, ale neodráža ho ako iné predmety. V skutočnosti existuje veľa faktov o čiernych dierach a dnes vám povieme o niektorých z najzaujímavejších. Donedávna sa tomu verilo čierna diera vo vesmíre nasáva všetko, čo je v jeho blízkosti alebo letí okolo: planéty sú odpadky, ale nedávno vedci začali tvrdiť, že po určitom čase obsah „vypľul“ späť, len v úplne inej forme. Ak máš záujem čierne diery vo vesmíre zaujímavé fakty Dnes vám o nich povieme viac.

Existuje hrozba pre Zem?

Existujú dve čierne diery, ktoré by mohli predstavovať skutočnú hrozbu pre našu planétu, no našťastie pre nás sa nachádzajú ďaleko vo vzdialenosti asi 1600 svetelných rokov. Vedcom sa tieto objekty podarilo odhaliť len vďaka tomu, že sa nachádzali v blízkosti Slnečnej sústavy a špeciálne zariadenia, ktoré zachytávali röntgenové lúče, ich dokázali vidieť. Existuje predpoklad, že obrovská gravitačná sila dokáže čierne diery ovplyvniť tak, že sa spoja do jednej.

Je nepravdepodobné, že by niekto z našich súčasníkov dokázal zachytiť moment, keď tieto záhadné objekty zmiznú. Proces smrti dier prebieha tak pomaly.

Čierna diera je hviezda v minulosti

Ako vznikajú čierne diery vo vesmíre? Hviezdy majú pôsobivú zásobu termonukleárneho paliva, a preto tak jasne žiaria. Ale všetky zdroje sa minú a hviezda sa ochladí, postupne stráca svoju žiaru a mení sa na čierneho trpaslíka. Je známe, že v chladenej hviezde dochádza ku stláčaniu, v dôsledku čoho exploduje a jej častice sa rozptýlia na obrovské vzdialenosti vo vesmíre, priťahujúc susedné objekty, čím sa zväčšuje veľkosť čiernej diery.

Najzaujímavejší o čiernych dierach vo vesmíre musíme ešte študovať, ale prekvapivo sa jeho hustota, napriek svojej pôsobivej veľkosti, môže rovnať hustote vzduchu. To naznačuje, že aj tie najväčšie objekty vo vesmíre môžu mať rovnakú hmotnosť ako vzduch, to znamená, že môžu byť neuveriteľne ľahké. Tu ako sa vo vesmíre objavujú čierne diery.

Čas v čiernej diere a okolo nej plynie veľmi pomaly, takže objekty letiace v blízkosti spomaľujú ich pohyb. Dôvodom všetkého je obrovská sila gravitácie, ešte úžasnejším faktom je, že všetky procesy prebiehajúce v samotnej diere majú neuveriteľnú rýchlosť. Napríklad, ak to pozorujete ako vyzerá čierna diera vo vesmíre, keďže sme mimo hraníc všepožierajúcej masy, zdá sa, že všetko stojí na mieste. Akonáhle by sa však predmet dostal dovnútra, v okamihu by sa roztrhol. Dnes nám to ukazujú ako vyzerá čierna diera na vesmírnej fotografii, simulované špeciálnymi programami.

Definícia čiernej diery?

Teraz už vieme odkiaľ pochádzajú čierne diery vo vesmíre. Čo je však na nich ešte zvláštne? Nie je možné a priori povedať, že čierna diera je planéta alebo hviezda, pretože toto teleso nie je ani plynné, ani pevné. Ide o objekt, ktorý je schopný skresliť nielen šírku, dĺžku a výšku, ale aj časovú os. Čo úplne popiera fyzikálne zákony. Vedci tvrdia, že čas v oblasti horizontu priestorovej jednotky sa môže pohybovať dopredu a dozadu. Čo je v čiernej diere vo vesmíre? Nie je možné si predstaviť, svetelné kvantá, ktoré sa tam dostanú, sa niekoľkonásobne vynásobia hmotnosťou singularity, tento proces zvyšuje silu gravitačnej sily. Preto, ak si so sebou vezmete baterku a vojdete do čiernej diery, nebude svietiť. Singularita je bod, v ktorom všetko smeruje k nekonečnu.

Štruktúra čiernej diery je singularita a horizont udalostí. Vo vnútri singularity fyzikálne teórie úplne strácajú svoj význam, a preto zostáva pre vedcov stále záhadou. Prekročením hranice (horizontu udalostí) stráca fyzický objekt možnosť návratu. Nevieme ďaleko všetko o čiernych dierach vo vesmíre, ale záujem o ne neutícha.

Čierne diery sú možno najzáhadnejšími a najzáhadnejšími astronomickými objektmi v našom vesmíre od svojho objavu, priťahujú pozornosť vedcov a vzrušujú predstavivosť autorov sci-fi. Čo sú čierne diery a čo predstavujú? Čierne diery sú vyhasnuté hviezdy, ktoré majú vďaka svojim fyzikálnym vlastnostiam takú vysokú hustotu a takú silnú gravitáciu, že za ne nemôže uniknúť ani svetlo.

História objavovania čiernych dier

Prvýkrát teoretickú existenciu čiernych dier, dávno pred ich skutočným objavom, naznačil istý D. Michel (anglický kňaz z Yorkshire, ktorý sa vo voľnom čase zaujíma o astronómiu) už v roku 1783. Podľa jeho výpočtov, ak zoberieme tú našu a stlačíme ju (v modernej počítačovej reči archivujeme) na polomer 3 km, vytvorí sa taká veľká (jednoducho obrovská) gravitačná sila, že ju nebude môcť opustiť ani svetlo. . Takto sa objavil pojem „čierna diera“, hoci v skutočnosti vôbec nie je čierna, vhodnejší by bol výraz „tmavá diera“, pretože dochádza práve k absencii svetla.

Neskôr, v roku 1918, veľký vedec Albert Einstein napísal o problematike čiernych dier v kontexte teórie relativity. Ale až v roku 1967, vďaka úsiliu amerického astrofyzika Johna Wheelera, si koncept čiernych dier konečne získal miesto v akademických kruhoch.

Nech už je to akokoľvek, D. Michel, Albert Einstein a John Wheeler vo svojich prácach predpokladali iba teoretickú existenciu týchto záhadných nebeských objektov vo vesmíre, ale skutočný objav čiernych dier sa odohral v roku 1971, vtedy sa boli prvýkrát zaznamenané v ďalekohľade.

Takto vyzerá čierna diera.

Ako vznikajú čierne diery vo vesmíre

Ako vieme z astrofyziky, všetky hviezdy (vrátane nášho Slnka) majú určité obmedzené zásoby paliva. A hoci život hviezdy môže trvať miliardy rokov, skôr či neskôr sa táto podmienená zásoba paliva skončí a hviezda „zhasne“. Proces „blednutia“ hviezdy je sprevádzaný intenzívnymi reakciami, počas ktorých hviezda prechádza výraznou premenou a v závislosti od svojej veľkosti sa môže zmeniť na bieleho trpaslíka, neutrónovú hviezdu alebo čiernu dieru. Navyše, najväčšie hviezdy s neuveriteľne pôsobivými veľkosťami sa zvyčajne menia na čiernu dieru - v dôsledku stlačenia týchto najúžasnejších veľkostí dochádza k mnohonásobnému zvýšeniu hmotnosti a gravitačnej sily novovytvorenej čiernej diery, ktorá sa zmení na druh galaktického vysávača – pohlcujúci všetko a všetkých naokolo.

Čierna diera pohltí hviezdu.

Malá poznámka - naše Slnko na galaktické pomery vôbec nie je veľká hviezda a po jeho zániku, ku ktorému dôjde približne o niekoľko miliárd rokov, sa s najväčšou pravdepodobnosťou nezmení na čiernu dieru.

Ale povedzme si úprimne – dnes vedci ešte nepoznajú všetky zložitosti vzniku čiernej diery, ide nepochybne o mimoriadne zložitý astrofyzikálny proces, ktorý sám o sebe môže trvať milióny rokov. Hoci je možné v tomto smere pokročiť, mohlo by ísť o objav a následné štúdium takzvaných intermediárnych čiernych dier, teda hviezd v stave zániku, v ktorých prebieha aktívny proces tvorby čiernych dier. Mimochodom, podobnú hviezdu objavili astronómovia v roku 2014 v ramene špirálovej galaxie.

Koľko čiernych dier je vo vesmíre?

Podľa teórií moderných vedcov môžu byť v našej galaxii Mliečna dráha až stovky miliónov čiernych dier. O nič menej ich možno nie je ani v našej susednej galaxii, do ktorej z našej Mliečnej dráhy nemá čo letieť – 2,5 milióna svetelných rokov.

Teória čiernych dier

Napriek obrovskej hmotnosti (ktorá je stotisíckrát väčšia ako hmotnosť nášho Slnka) a neskutočnej sile gravitácie nebolo ľahké vidieť čierne diery cez ďalekohľad, pretože vôbec nevyžarujú svetlo. Vedcom sa podarilo všimnúť si čiernu dieru až v momente jej „jedla“ - absorpcie inej hviezdy, v tomto momente sa objavuje charakteristické žiarenie, ktoré už možno pozorovať. Teória čiernych dier teda našla skutočné potvrdenie.

Vlastnosti čiernych dier

Hlavnou vlastnosťou čiernej diery sú jej neuveriteľné gravitačné polia, ktoré nedovoľujú okolitému priestoru a času zostať vo svojom obvyklom stave. Áno, počuli ste dobre, čas vo vnútri čiernej diery plynie mnohokrát pomalšie ako zvyčajne, a ak by ste tam boli, potom by ste sa po návrate späť (ak ste mali to šťastie, samozrejme) čudovali, že prešli storočia. na Zemi, a ani ste nezostarli, stihli ste to včas. Aj keď povedzme si pravdu, keby ste boli vo vnútri čiernej diery, len ťažko by ste prežili, pretože sila gravitácie je taká, že akýkoľvek hmotný objekt by sa jednoducho roztrhal, dokonca ani na kúsky, na atómy.

Ale ak by ste boli čo i len blízko čiernej diery, pod vplyvom jej gravitačného poľa, mali by ste to tiež ťažké, pretože čím viac budete odolávať jej gravitácii a snažiť sa odletieť, tým rýchlejšie by ste do nej spadli. Dôvodom tohto zdanlivého paradoxu je gravitačné vírové pole, ktoré majú všetky čierne diery.

Čo ak človek spadne do čiernej diery

Vyparovanie čiernych dier

Anglický astronóm S. Hawking objavil zaujímavý fakt: zdá sa, že aj čierne diery vyžarujú . Je pravda, že to platí len pre otvory relatívne malej hmotnosti. Silná gravitácia okolo nich zrodí páry častíc a antičastíc, jeden z páru je vtiahnutý dierou a druhý je vypudený von. Čierna diera teda vyžaruje tvrdé antičastice a gama žiarenie. Toto vyparovanie alebo žiarenie z čiernej diery bolo pomenované po vedcovi, ktorý ho objavil - „Hawkingovo žiarenie“.

Najväčšia čierna diera

Podľa teórie čiernych dier sa v strede takmer všetkých galaxií nachádzajú obrovské čierne diery s hmotnosťou od niekoľkých miliónov do niekoľkých miliárd hmotností Slnka. A relatívne nedávno vedci objavili dve najväčšie doteraz známe čierne diery, ktoré sa nachádzajú v dvoch blízkych galaxiách: NGC 3842 a NGC 4849.

NGC 3842 je najjasnejšia galaxia v súhvezdí Lev, ktorá sa od nás nachádza 320 miliónov svetelných rokov. V jeho strede sa nachádza obrovská čierna diera s hmotnosťou 9,7 miliardy slnečných hmôt.

NGC 4849, galaxia v zhluku Coma, vzdialená 335 miliónov svetelných rokov, sa môže pochváliť rovnako pôsobivou čiernou dierou.

Gravitačné pole týchto obrovských čiernych dier, alebo v akademickom zmysle ich horizont udalostí, je približne 5-krát väčšia ako vzdialenosť od Slnka po ! Takáto čierna diera by zjedla našu slnečnú sústavu a ani by sa nezadusila.

Najmenšia čierna diera

Ale v obrovskej rodine čiernych dier sú aj veľmi malí zástupcovia. Najtrpasličejšia čierna diera, ktorú vedci doteraz objavili, má teda iba 3-násobok hmotnosti nášho Slnka. V skutočnosti je to teoretické minimum potrebné na vytvorenie čiernej diery, ak by táto hviezda bola o niečo menšia, diera by nevznikla.

Čierne diery sú kanibali

Áno, existuje taký jav, ako sme písali vyššie, čierne diery sú akési “galaktické vysávače”, ktoré pohlcujú všetko okolo seba, vrátane... iných čiernych dier. Nedávno astronómovia zistili, že čiernu dieru z jednej galaxie požiera ešte väčší čierny žrút z inej galaxie.

• Podľa hypotéz niektorých vedcov nie sú čierne diery len galaktické vysávače, ktoré do seba nasávajú všetko, ale za istých okolností môžu samy zrodiť nové vesmíry.
• Čierne diery sa môžu časom vypariť. Vyššie sme písali, že anglický vedec Stephen Hawking zistil, že čierne diery majú vlastnosť žiarenia a po nejakom veľmi dlhom čase, keď už okolo nie je čo absorbovať, sa čierna diera začne viac vyparovať, až časom dá vynesie celú svoju hmotu do okolitého priestoru. Aj keď je to len domnienka, hypotéza.
• Čierne diery spomaľujú čas a ohýbajú priestor. O dilatácii času sme už písali, no priestor v podmienkach čiernej diery bude tiež úplne zakrivený.
• Čierne diery obmedzujú počet hviezd vo vesmíre. Ich gravitačné polia totiž bránia ochladzovaniu oblakov plynu vo vesmíre, z ktorých sa, ako je známe, rodia nové hviezdy.

Čierne diery na Discovery Channel, video

A na záver vám ponúkame zaujímavý vedecký dokument o čiernych dierach z Discovery Channel

Čierna diera je špeciálna oblasť vo vesmíre. Je to určitá akumulácia čiernej hmoty, ktorá je schopná vtiahnuť do seba a absorbovať iné objekty v priestore. Fenomén čiernych dier stále nie je. Všetky dostupné údaje sú len teórie a predpoklady vedcov astronómov.

Názov „čierna diera“ vymyslel vedec J.A. Wheeler v roku 1968 na Princetonskej univerzite.

Existuje teória, že čierne diery sú hviezdy, ale nezvyčajné, napríklad neutrónové. Čierna diera - - pretože má veľmi vysokú hustotu luminiscencie a nevysiela absolútne žiadne žiarenie. Preto nie je neviditeľný ani v infračervenom, ani v röntgenovom, ani v rádiovom žiarení.

Túto situáciu vysvetlil francúzsky astronóm P. Laplace 150 rokov pred objavom čiernych dier vo vesmíre. Podľa jeho argumentov, ak má hviezda hustotu rovnajúcu sa hustote Zeme a priemer 250-krát väčší ako priemer Slnka, potom svojou gravitáciou nedovoľuje, aby sa svetelné lúče šírili po celom vesmíre, a preto zostáva neviditeľný. Predpokladá sa teda, že čierne diery sú najsilnejšie emitujúce objekty vo vesmíre, ale nemajú pevný povrch.

Vlastnosti čiernych dier

Všetky predpokladané vlastnosti čiernych dier sú založené na teórii relativity, ktorú v 20. storočí odvodil A. Einstein. Žiadny tradičný prístup k štúdiu tohto javu neposkytuje žiadne presvedčivé vysvetlenie fenoménu čiernych dier.

Hlavnou vlastnosťou čiernej diery je schopnosť ohýbať čas a priestor. Akýkoľvek pohybujúci sa objekt zachytený v jeho gravitačnom poli bude nevyhnutne vtiahnutý dovnútra, pretože... v tomto prípade sa okolo objektu objaví hustý gravitačný vír, akýsi lievik. Zároveň sa transformuje pojem času. Vedci sa podľa výpočtov stále prikláňajú k záveru, že čierne diery nie sú nebeské telesá vo všeobecne akceptovanom zmysle. Sú to skutočne akési diery, červie diery v čase a priestore, schopné ho meniť a zahusťovať.

Čierna diera je uzavretá oblasť priestoru, do ktorej je stlačená hmota a z ktorej nemôže nič uniknúť, ani svetlo.

Podľa výpočtov astronómov, so silným gravitačným poľom, ktoré existuje vo vnútri čiernych dier, nemôže zostať nezranený ani jeden objekt. Okamžite sa roztrhne na miliardy kúskov, kým sa vôbec dostane dovnútra. To však nevylučuje možnosť výmeny častíc a informácií s ich pomocou. A ak má čierna diera hmotnosť aspoň miliardu krát väčšiu ako hmotnosť Slnka (supermasívna), potom je teoreticky možné, aby sa cez ňu objekty pohybovali bez nebezpečenstva, že ich roztrhne gravitácia.

Samozrejme, sú to len teórie, pretože výskum vedcov je stále príliš vzdialený od pochopenia toho, aké procesy a schopnosti skrývajú čierne diery. Je dosť možné, že sa niečo podobné môže stať aj v budúcnosti.

Bezhraničný vesmír je plný tajomstiev, hádaniek a paradoxov. Napriek tomu, že moderná veda urobila obrovský skok vpred v prieskume vesmíru, veľa v tomto obrovskom svete zostáva pre ľudský svetonázor nepochopiteľné. O hviezdach, hmlovinách, hviezdokopách a planétach vieme veľa. V rozľahlosti Vesmíru sú však objekty, o ktorých existencii môžeme len hádať. Napríklad o čiernych dierach vieme veľmi málo. Základné informácie a poznatky o povahe čiernych dier vychádzajú z predpokladov a dohadov. Astrofyzici a jadroví vedci bojujú s týmto problémom už desaťročia. Čo je čierna diera vo vesmíre? Aká je povaha takýchto predmetov?

Jednoducho povedané o čiernych dierach

Aby ste si predstavili, ako vyzerá čierna diera, stačí vidieť chvost vlaku idúceho do tunela. Signalizačné svetlá na poslednom vozni sa budú zmenšovať, keď sa vlak prehlbuje do tunela, až kým úplne nezmiznú z dohľadu. Inými slovami, ide o objekty, kde vplyvom monštruóznej gravitácie mizne aj svetlo. Elementárne častice, elektróny, protóny a fotóny nedokážu prekonať neviditeľnú bariéru a spadnúť do čiernej priepasti ničoty, preto sa takáto diera vo vesmíre nazýva čierna. V jeho vnútri nie je ani najmenšia svetlá plocha, úplná čierňava a nekonečno. Čo je na druhej strane čiernej diery, nie je známe.

Tento vesmírny vysávač má kolosálnu gravitačnú silu a je schopný absorbovať celú galaxiu so všetkými hviezdokopami a superkopami, vrátane hmlovín a temnej hmoty. Ako je to možné? Môžeme len hádať. Nám známe fyzikálne zákony v tomto prípade praskajú vo švíkoch a neposkytujú vysvetlenie pre prebiehajúce procesy. Podstatou paradoxu je, že v danej časti Vesmíru je gravitačná interakcia telies určená ich hmotnosťou. Proces absorpcie jedným objektom druhého nie je ovplyvnený ich kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením. Častice, ktoré dosiahli kritický počet v určitej oblasti, vstupujú do ďalšej úrovne interakcie, kde sa gravitačné sily stávajú príťažlivými silami. Telo, predmet, látka alebo hmota sa pod vplyvom gravitácie začne stláčať a dosahuje kolosálnu hustotu.

Približne k podobným procesom dochádza pri vzniku neutrónovej hviezdy, kde sa hviezdna hmota stláča na objem pod vplyvom vnútornej gravitácie. Voľné elektróny sa spájajú s protónmi a vytvárajú elektricky neutrálne častice – neutróny. Hustota tejto látky je obrovská. Častica hmoty veľkosti kúska rafinovaného cukru váži miliardy ton. Tu by bolo vhodné pripomenúť všeobecnú teóriu relativity, kde priestor a čas sú spojité veličiny. V dôsledku toho sa proces kompresie nemôže zastaviť v polovici, a preto nemá žiadne obmedzenie.

Čierna diera potenciálne vyzerá ako diera, v ktorej môže byť prechod z jednej časti vesmíru do druhej. Zároveň sa menia samotné vlastnosti priestoru a času, ktoré sa skrúcajú do časopriestorového lievika. Po dosiahnutí dna tohto lievika sa akákoľvek hmota rozpadne na kvantá. Čo je na druhej strane čiernej diery, táto obrovská diera? Možno je tam ďalší priestor, kde platia iné zákony a čas plynie opačným smerom.

V kontexte teórie relativity vyzerá teória čiernej diery takto. Bod vo vesmíre, kde gravitačné sily stlačili akúkoľvek hmotu do mikroskopických rozmerov, má kolosálnu príťažlivú silu, ktorej veľkosť narastá do nekonečna. Objaví sa záhyb času a priestor sa ohýba a uzatvára sa v jednom bode. Objekty pohltené čiernou dierou nie sú schopné samostatne odolať ťažnej sile tohto monštruózneho vysávača. Dokonca ani rýchlosť svetla, ktorú majú kvantá, neumožňuje elementárnym časticiam prekonať silu gravitácie. Každé teleso, ktoré sa dostane do takého bodu, prestáva byť hmotným objektom, splynie s časopriestorovou bublinou.

Čierne diery z vedeckého hľadiska

Ak sa pýtate sami seba, ako vznikajú čierne diery? Jednoznačná odpoveď nebude. Vo Vesmíre je pomerne veľa paradoxov a rozporov, ktoré sa z vedeckého hľadiska nedajú vysvetliť. Einsteinova teória relativity umožňuje len teoretické vysvetlenie podstaty takýchto objektov, no kvantová mechanika a fyzika v tomto prípade mlčia.

Pri pokuse vysvetliť procesy prebiehajúce podľa fyzikálnych zákonov bude obrázok vyzerať takto. Objekt vytvorený ako výsledok kolosálnej gravitačnej kompresie masívneho alebo supermasívneho kozmického telesa. Tento proces má vedecký názov – gravitačný kolaps. Pojem „čierna diera“ sa vo vedeckej komunite prvýkrát objavil v roku 1968, keď sa americký astronóm a fyzik John Wheeler pokúsil vysvetliť stav kolapsu hviezd. Podľa jeho teórie na mieste masívnej hviezdy, ktorá prešla gravitačným kolapsom, vzniká priestorová a časová medzera, v ktorej pôsobí stále väčšie stláčanie. Všetko, z čoho bola hviezda vyrobená, ide do jej vnútra.

Toto vysvetlenie nám umožňuje dospieť k záveru, že povaha čiernych dier nijako nesúvisí s procesmi vyskytujúcimi sa vo vesmíre. Všetko, čo sa deje vo vnútri tohto objektu, sa nijako neodráža na okolitom priestore s jedným „ALE“. Gravitačná sila čiernej diery je taká silná, že ohýba priestor a spôsobuje rotáciu galaxií okolo čiernych dier. Preto je jasný dôvod, prečo galaxie nadobúdajú tvar špirál. Ako dlho bude trvať, kým obrovská galaxia Mliečna dráha zmizne v priepasti supermasívnej čiernej diery, nie je známe. Zaujímavosťou je, že čierne diery sa môžu objaviť kdekoľvek vo vesmíre, kde sú na to vytvorené ideálne podmienky. Takýto záhyb času a priestoru neutralizuje obrovské rýchlosti, ktorými hviezdy rotujú a pohybujú sa priestorom galaxie. Čas v čiernej diere plynie v inej dimenzii. V tejto oblasti nie je možné interpretovať žiadne zákony gravitácie z hľadiska fyziky. Tento stav sa nazýva singularita čiernej diery.

Čierne diery nevykazujú žiadne vonkajšie identifikačné znaky; ich existenciu je možné posúdiť podľa správania iných vesmírnych objektov, ktoré sú ovplyvnené gravitačnými poľami. Celý obraz zápasu na život a na smrť sa odohráva na hranici čiernej diery, ktorá je pokrytá membránou. Táto pomyselná plocha lievika sa nazýva „horizont udalostí“. Všetko, čo vidíme až po túto hranicu, je hmatateľné a materiálne.

Scenáre tvorby čiernych dier

Pri rozvíjaní teórie Johna Wheelera môžeme dospieť k záveru, že záhada čiernych dier s najväčšou pravdepodobnosťou nie je v procese jej formovania. K vzniku čiernej diery dochádza v dôsledku kolapsu neutrónovej hviezdy. Okrem toho by hmotnosť takéhoto objektu mala trikrát alebo viackrát presiahnuť hmotnosť Slnka. Neutrónová hviezda sa zmenšuje, kým jej vlastné svetlo už nie je schopné uniknúť z pevného objatia gravitácie. Existuje limit veľkosti, do ktorej sa hviezda môže zmenšiť a zrodiť tak čiernu dieru. Tento polomer sa nazýva gravitačný polomer. Masívne hviezdy v konečnom štádiu svojho vývoja by mali mať gravitačný polomer niekoľko kilometrov.

Dnes vedci získali nepriame dôkazy o prítomnosti čiernych dier v desiatke röntgenových dvojhviezd. Röntgenové hviezdy, pulzary alebo burstre nemajú pevný povrch. Navyše ich hmotnosť je väčšia ako hmotnosť troch Sĺnk. Súčasný stav kozmického priestoru v súhvezdí Labuť - röntgenová hviezda Cygnus X-1, nám umožňuje sledovať proces vzniku týchto kurióznych objektov.

Na základe výskumu a teoretických predpokladov dnes vo vede existujú štyri scenáre pre vznik čiernych hviezd:

• gravitačný kolaps masívnej hviezdy v záverečnej fáze jej vývoja;
• kolaps centrálnej oblasti galaxie;
• vznik čiernych dier počas Veľkého tresku;
• vznik kvantových čiernych dier.

Prvý scenár je najrealistickejší, ale počet čiernych hviezd, ktoré dnes poznáme, prevyšuje počet známych neutrónových hviezd. A vek vesmíru nie je taký veľký, aby taký počet masívnych hviezd mohol prejsť celým procesom evolúcie.

Druhý scenár má právo na život a je toho pozoruhodný príklad – supermasívna čierna diera Sagittarius A*, ktorá sa nachádza v strede našej galaxie. Hmotnosť tohto objektu je 3,7 hmotnosti Slnka. Mechanizmus tohto scenára je podobný scenáru gravitačného kolapsu, len s tým rozdielom, že nekolabuje hviezda, ale medzihviezdny plyn. Vplyvom gravitačných síl sa plyn stlačí na kritickú hmotnosť a hustotu. V kritickom momente sa hmota rozpadne na kvantá a vytvorí čiernu dieru. Táto teória je však pochybná, keďže nedávno astronómovia z Kolumbijskej univerzity identifikovali satelity čiernej diery Sagittarius A*. Ukázalo sa, že ide o veľa malých čiernych dier, ktoré pravdepodobne vznikli iným spôsobom.

Tretí scenár je viac teoretický a súvisí s existenciou teórie veľkého tresku. V momente vzniku Vesmíru časť hmoty a gravitačných polí prešli výkyvmi. Inými slovami, procesy sa uberali inou cestou, ktorá nesúvisela so známymi procesmi kvantovej mechaniky a jadrovej fyziky.

Posledný scenár sa zameriava na fyziku jadrového výbuchu. V zhlukoch hmoty dochádza pri jadrových reakciách pod vplyvom gravitačných síl k výbuchu, v mieste ktorého vzniká čierna diera. Hmota exploduje dovnútra a pohltí všetky častice.

Existencia a vývoj čiernych dier

S približnou predstavou o povahe takýchto zvláštnych vesmírnych objektov je zaujímavé niečo iné. Aké sú skutočné veľkosti čiernych dier, ako rýchlo rastú? Veľkosti čiernych dier sú určené ich gravitačným polomerom. Pre čierne diery je polomer čiernej diery určený jej hmotnosťou a nazýva sa Schwarzschildov polomer. Napríklad, ak má objekt hmotnosť rovnajúcu sa hmotnosti našej planéty, potom je Schwarzschildov polomer v tomto prípade 9 mm. Naša hlavná hviezda má polomer 3 km. Priemerná hustota čiernej diery vytvorenej na mieste hviezdy s hmotnosťou 10⁸ Slnka bude blízka hustote vody. Polomer takejto formácie bude 300 miliónov kilometrov.

Je pravdepodobné, že takéto obrovské čierne diery sa nachádzajú v strede galaxií. K dnešnému dňu je známych 50 galaxií, v strede ktorých sú obrovské časové a priestorové studne. Hmotnosť takýchto obrov predstavuje miliardy hmotnosti Slnka. Možno si len predstaviť, akú kolosálnu a príšernú príťažlivú silu má takáto diera.

Čo sa týka malých dier, ide o miniobjekty, ktorých polomer dosahuje zanedbateľné hodnoty, len 10¯¹² cm Hmotnosť takýchto drobkov je 10¹⁴g. Takéto útvary vznikli v čase Veľkého tresku, ale postupom času sa zväčšili a dnes sa vo vesmíre chvália ako príšery. Vedci sa teraz pokúšajú obnoviť podmienky, za ktorých sa v pozemských podmienkach vytvárali malé čierne diery. Na tieto účely sa uskutočňujú experimenty v elektrónových zrážačoch, cez ktoré sa elementárne častice urýchľujú na rýchlosť svetla. Prvé experimenty umožnili v laboratórnych podmienkach získať kvark-gluónovú plazmu - hmotu, ktorá existovala na úsvite vzniku Vesmíru. Takéto experimenty nám umožňujú dúfať, že čierna diera na Zemi je len otázkou času. Iná vec je, či sa takýto výdobytok ľudskej vedy nezmení na katastrofu pre nás a pre našu planétu. Vytvorením umelej čiernej diery môžeme otvoriť Pandorinu skrinku.

Nedávne pozorovania iných galaxií umožnili vedcom objaviť čierne diery, ktorých rozmery presahujú všetky predstaviteľné očakávania a predpoklady. Evolúcia, ku ktorej dochádza pri takýchto objektoch, nám umožňuje lepšie pochopiť, prečo hmotnosť čiernych dier rastie a aký je jej skutočný limit. Vedci dospeli k záveru, že všetky známe čierne diery narástli do svojej skutočnej veľkosti v priebehu 13-14 miliárd rokov. Rozdiel vo veľkosti sa vysvetľuje hustotou okolitého priestoru. Ak má čierna diera dostatok potravy v dosahu svojich gravitačných síl, rastie míľovými krokmi a dosahuje hmotnosť stoviek či tisícok slnečných hmôt. Z toho vyplýva obrovská veľkosť takýchto objektov umiestnených v strede galaxií. Masívny zhluk hviezd, obrovské masy medzihviezdneho plynu poskytujú hojnú potravu pre rast. Keď sa galaxie spoja, čierne diery sa môžu spojiť a vytvoriť nový supermasívny objekt.

Podľa analýzy evolučných procesov je obvyklé rozlišovať dve triedy čiernych dier:

• objekty s hmotnosťou 10-násobku hmotnosti Slnka;
• masívne objekty, ktorých hmotnosť je státisíce, miliardy slnečných hmôt.

Existujú čierne diery s priemernou strednou hmotnosťou rovnajúcou sa 100-10 000 hmotnosti Slnka, ale ich povaha zostáva stále neznáma. Na jednu galaxiu pripadá približne jeden takýto objekt. Štúdium röntgenových hviezd umožnilo nájsť dve stredne ťažké čierne diery vo vzdialenosti 12 miliónov svetelných rokov v galaxii M82. Hmotnosť jedného objektu sa pohybuje v rozmedzí 200-800 hmotností Slnka. Druhý objekt je oveľa väčší a má hmotnosť 10-40 tisíc slnečných hmôt. Osud takýchto objektov je zaujímavý. Nachádzajú sa v blízkosti hviezdokôp, postupne ich priťahuje supermasívna čierna diera nachádzajúca sa v centrálnej časti galaxie.

Naša planéta a čierne diery

Napriek hľadaniu indícií o povahe čiernych dier je vedecký svet znepokojený miestom a úlohou čiernej diery v osude galaxie Mliečna dráha a najmä v osude planéty Zem. Záhyb času a priestoru, ktorý existuje v strede Mliečnej dráhy, postupne pohlcuje všetky existujúce objekty okolo seba. Čierna diera už pohltila milióny hviezd a bilióny ton medzihviezdneho plynu. Postupom času príde rad na ramená Labuť a Strelec, v ktorých sa nachádza Slnečná sústava, ktorá pokrýva vzdialenosť 27-tisíc svetelných rokov.

Ďalšia najbližšia supermasívna čierna diera sa nachádza v centrálnej časti galaxie Andromeda. Je od nás asi 2,5 milióna svetelných rokov. Pravdepodobne predtým, ako náš objekt Sagittarius A* pohltí svoju vlastnú galaxiu, by sme mali očakávať zlúčenie dvoch susedných galaxií. V súlade s tým sa dve supermasívne čierne diery spoja do jednej, strašnej a monštruóznej veľkosti.

Malé čierne diery sú úplne iná záležitosť. Na prehltnutie planéty Zem stačí čierna diera s polomerom niekoľkých centimetrov. Problém je v tom, že čierna diera je svojou povahou objekt úplne bez tváre. Z jeho útrob nevychádza žiadne žiarenie ani žiarenie, takže je dosť ťažké si takýto záhadný objekt všimnúť. Len z blízka môžete rozpoznať ohyb svetla pozadia, čo naznačuje, že v tejto oblasti vesmíru je diera vo vesmíre.

Vedci doteraz zistili, že najbližšia čierna diera k Zemi je objekt V616 Monocerotis. Monštrum sa nachádza 3000 svetelných rokov od našej sústavy. Ide o veľkú formáciu, jej hmotnosť je 9-13 slnečných hmôt. Ďalším blízkym objektom, ktorý predstavuje hrozbu pre náš svet, je čierna diera Gygnus X-1. Od tohto monštra nás delí vzdialenosť 6000 svetelných rokov. Čierne diery objavené v našom susedstve sú súčasťou binárneho systému, t.j. existujú v tesnej blízkosti hviezdy, ktorá živí nenásytný objekt.

Záver

Existencia takých záhadných a záhadných objektov vo vesmíre, akými sú čierne diery, nás určite núti byť na pozore. Avšak všetko, čo sa deje s čiernymi dierami, sa deje pomerne zriedkavo, vzhľadom na vek vesmíru a obrovské vzdialenosti. Už 4,5 miliardy rokov je slnečná sústava v pokoji a existuje podľa nám známych zákonov. Počas tejto doby sa v blízkosti Slnečnej sústavy neobjavilo nič také, ani skreslenie priestoru, ani záhyb času. Na to asi nie sú vhodné podmienky. Časť Mliečnej dráhy, v ktorej sídli hviezdny systém Slnka, je pokojná a stabilná oblasť vesmíru.

Vedci pripúšťajú, že výskyt čiernych dier nie je náhodný. Takéto objekty zohrávajú úlohu poriadkov vo vesmíre a ničia prebytočné kozmické telá. Pokiaľ ide o osud samotných príšer, ich vývoj ešte nebol úplne preskúmaný. Existuje verzia, že čierne diery nie sú večné a v určitom štádiu môžu prestať existovať. Už nie je tajomstvom, že takéto predmety predstavujú silné zdroje energie. O akú energiu ide a ako sa meria, je iná vec.

Vďaka úsiliu Stephena Hawkinga bola vede prezentovaná teória, že čierna diera stále vyžaruje energiu, pričom stráca svoju hmotnosť. Vo svojich predpokladoch sa vedec riadil teóriou relativity, kde sú všetky procesy navzájom prepojené. Nič len tak nezmizne bez toho, aby sa objavilo niekde inde. Akákoľvek hmota sa môže premeniť na inú látku, pričom jeden typ energie sa presunie na inú energetickú úroveň. To môže byť prípad čiernych dier, ktoré sú prechodovým portálom z jedného štátu do druhého.

Ak máte nejaké otázky, zanechajte ich v komentároch pod článkom. My alebo naši návštevníci im radi odpovieme