[Zenda]

09.06.2015 в 11:26

Пишет  Aspiring optimist:

Нашла флешмоб.
В чем суть: вы оставляете мне различные темы в комментах и я пишу о них десять фактов. Темы могут быть любыми, как реальными, так и фандомными

От  Rabid Coyote Необычная, но интересная тема: Чёрные дыры.

Мне довольно трудно будет привести 10 фактов своими словами, я не астроном и не математик-теоретик. Поэтому в основном будут цитаты из достоверных научных источников.

1. Что такое "черная дыра"?
Это самоподдерживающееся гравитационное поле, сконцентрированное в сильно искривленной области пространства-времени. Ее внешняя граница заданна замкнутой поверхностью, горизонтом событий. Если звезда перед коллапсом не вращалась, эта поверхность оказывается правильной сферой (случай чисто для математических расчетов). Горизонт — это пространственная граница между событиями, которые могут стать известны земным (и любым иным) астрономам, и событиями, информация о которых ни при каком раскладе не выйдет наружу. Физический смысл горизонта очень нагляден. Световой сигнал, посланный с его внешней окрестности, может уйти на бесконечно далекую дистанцию. А вот сигналы, отправленные из внутренней области, не только не пересекут горизонта, но и неизбежно «провалятся» в сингулярность. "Дыра" имеет массу, момент инерции (вращается), электрический заряд. Но не имеет структуры, состава и ... цвета, мы не можем увидеть собственно дыру, а только следы поглощения ею внешней массы.

2. Теория, открытие.
Одним из первых ученых изучавших теорию чёрных дыр был Джон Мичелл, физик, астроном и геолог, профессор Кембриджского университета и пастор англиканской церкви. В 1783 году он попытался объединить два великих творения Ньютона — механику и оптику. Мичелл предположил, что световые корпускулы, как и обычная материя, подчиняются законам механики. Следствие из этой гипотезы оказалось весьма нетривиальным — небесные тела могут превратиться в ловушки для света. Как рассуждал Мичелл? Пушечное ядро, выстреленное с поверхности планеты, полностью преодолеет ее притяжение, лишь, если его начальная скорость превысит значение, называемое теперь второй космической скоростью и скоростью убегания. Если гравитация планеты столь сильна, что скорость убегания превышает скорость света, выпущенные в зенит световые корпускулы не смогут уйти в бесконечность. Это же произойдет и с отраженным светом. Следовательно, для очень удаленного наблюдателя планета окажется невидимой.

3. Практика.
Совершенно строгие доказательства наличия в космосе хоть одного подобного объекта пока не найдены. Однако весьма вероятно, что в некоторых двойных системах источниками рентгеновского излучения являются черные дыры звездного происхождения. Это излучение должно возникать вследствие отсасывания атмосферы обычной звезды гравитационным полем дыры-соседки. Газ во время движения к горизонту событий сильно нагревается и испускает рентгеновские кванты. Не меньше двух десятков рентгеновских источников сейчас считаются подходящими кандидатами на роль черных дыр. Более того, данные звездной статистики позволяют предположить, что только в нашей Галактике существует около десяти миллионов дыр звездного происхождения.

4. Рождение
Черные дыры могут формироваться и в процессе гравитационного сгущения вещества в галактических ядрах. Так возникают исполинские дыры с массой в миллионы и миллиарды солнечных, которые, по всей вероятности, имеются во многих галактиках. Судя по всему, в закрытом пылевыми облаками центре Млечного Пути прячется дыра с массой 3-4 миллиона масс Солнца.

5. Смерть
Черные дыры в принципе не стабильны.В середине 1970-х выдающийся физик-теоретик Стивен Хокинг доказал, что черные дыры излучают так же, как обычное черное тело (правда, нагретое до очень малой температуры). По мере похудания дыры ее температура возрастает, а «испарение», естественно, усиливается. Этот процесс чрезвычайно медленный, и время жизни дыры массы M составляет около 10 в 65 степени лет. Когда ее размер становится равным длине Планка—Уилера (10 в –33 степени сантиметра), дыра теряет стабильность и взрывается, выделяя ту же энергию, что и одновременный взрыв миллиона десятимегатонных водородных бомб.

6. Искуственные чёрные дыры
Ускоритель типа БАК(большой адронный коллайдер) сможет столкнуть две частицы с такой силой, что они, возможно, коллапсируют в чёрную дыру. Датчики могли бы зарегистрировать последующий распад дыры. В БАК энергия протона достигает семи тераэлектрон-вольт (ТэВ). По формуле Эйнштейна E = mc 2 эта энергия эквивалентна массе 10 в –23 степени кг, что в 7 тыс. раз больше массы покоя протона. Когда две такие частицы сталкиваются, их энергия концентрируется в крошечной области пространства. Поэтому можно предположить, что время от времени сталкивающиеся частицы прижимаются так тесно, что может образоваться чёрная дыра. Но масса 10 в –23 степени кг намного меньше массы Планка в 10 в –8 степени кг, которую обычная теория гравитации предлагает для самой лёгкой дыры. Этот нижний предел есть следствие квантовомеханического принципа неопределённости. Поскольку частицы ведут себя ещё и как волны, они „размазываются“ в некотором пространстве, которое уменьшается с ростом энергии: при энергиях БАК его размер 10 –19 м. Это наименьшая область, в которую можно упаковать энергию частицы. Получается плотность 10 в 23 спетени кг/м 3 — довольно высокая, но недостаточная для создания чёрной дыры. Чтобы частица была как энергичной, так и компактной, она должна иметь энергию Планка, что в 10 в 15 степени раз больше энергии БАК. Несмотря на то что ускорители могли бы создать объекты, математически подобные чёрным дырам (и некоторые теоретики думают, что это уже сделано), сами дыры, похоже, лежат вне досягаемости.

7. Наше Солнце
Наше Солнце не превратится в чёрную дыру. Нам не хватит массы. В чёрные дыры превращаются звёзды с ядром как минимум в 2,5 раза тяжелее Солнца (а такая звезда будет в 30 раз больше Солнца). Наше Солнце в конце концов просто потухнет. Точнее превратится сперва в красного гиганта (радиусом примерно до орбиты Земли), а затем в белого карлика, теоретическое время остывания которого в разы больше предсказанного времени существования Вселенной.

8. Выход в другую реальность
Есть теория, что все черные дыры могут исполнять роль дверей в альтернативные реальности с белой дырой с другого конца... Может ведут, может нет.
«Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, это науке неизвестно.»

9. Литература
Черные дыры в свое время были очень популярны у фантастов, писавших в жанре «Космической оперы». Для примера Фред Саберхаген, цикл Берсеркер. Герой сражается с космическим кораблём, убийцей Берсеркером, они подлетают слишком близко к чёрной дыре, их засасывает на стационарную орбиту вокруг дыры. Герой погружается в анабиоз и долгие годы спит, наматывая круги вокруг звезды. А Берсеркеру время до лампочки, у него одна задача: догнать и уничтожить. И никуда они друг от друга не денутся. Летали они долго и счастливо, пока благодарные потомки не вытащили Героя из дыры для совершения новых подвигов.

10. Завершающая оптимистическая нотка.
Черная дыра – не обязательно хищный космический гигант. Космологи считают, что в молодой Вселенной рождались черные дыры самых разных размеров. Однако те, которые весят меньше 100 миллионов тонн, должны были испариться еще до рождения Земли. Поэтому космос буквально нашпигован «микроскопическими» черными дырами весом в 100 миллионов тонн и больше, которые размером не превосходят бактерию. Их называют «первоначальными», потому что они старше всех других небесных тел. К примеру, «классические» черные дыры, остатки от взрыва сверхновых, заведомо младше. Чтобы сверхновая взорвалась, какая-нибудь звезда должна прожить весь отведенный ей срок – а это долгий процесс (Солнцу, например, около пяти миллиардов лет, и оно не собирается гаснуть). Но «первоначальные» черные дыры возникли в первые секунды после Большого взрыва из неоднородностей ранней Вселенной. И с тех пор не менялись. Из-за огромной плотности «первоначальная» черная дыра должна пробить Солнце насквозь и выйти с противоположной стороны. Ее пролет сквозь толщу плазмы неизбежно вызовет «солнцетрясение». Другими словами, солнечное вещество начнет колебаться, как желе, в которое попала пуля. Даже если черная дыра очень маленькая (то есть весит миллионы, а не миллиарды тонн), спектр Солнца «размоется», и это легко увидят телескопы на орбите Земли.