Schwarze Löcher im Weltraum: interessante Fakten. Schwarzes Loch: Was ist drin? Interessante Fakten und Forschung

SCHWARZES LOCH
ein durch den vollständigen Gravitationskollaps von Materie entstandener Bereich im Raum, in dem die Gravitationsanziehung so stark ist, dass weder Materie noch Licht noch andere Informationsträger ihn verlassen können. Daher ist das Innere eines Schwarzen Lochs ursächlich nicht mit dem Rest des Universums verbunden; Physikalische Prozesse, die innerhalb eines Schwarzen Lochs ablaufen, können Prozesse außerhalb nicht beeinflussen. Ein Schwarzes Loch ist von einer Oberfläche umgeben, die die Eigenschaft einer unidirektionalen Membran hat: Materie und Strahlung fallen ungehindert durch sie hindurch in das Schwarze Loch, aber nichts kann ihm entkommen. Diese Fläche wird als „Ereignishorizont“ bezeichnet. Da es bisher nur indirekte Hinweise auf die Existenz von Schwarzen Löchern in Tausenden von Lichtjahren Entfernung von der Erde gibt, basiert unsere weitere Darstellung hauptsächlich auf theoretischen Ergebnissen. Schwarze Löcher, die von der allgemeinen Relativitätstheorie (der von Einstein 1915 vorgeschlagenen Gravitationstheorie) und anderen moderneren Gravitationstheorien vorhergesagt wurden, wurden 1939 von R. Oppenheimer und H. Snyder mathematisch untermauert. Aber die Eigenschaften von Raum und Zeit in der Nähe dieser Objekte erwiesen sich als so ungewöhnlich, dass Astronomen und Physiker sie 25 Jahre lang nicht ernst nahmen. Astronomische Entdeckungen Mitte der 1960er Jahre zwangen uns jedoch, Schwarze Löcher als mögliche physikalische Realität zu betrachten. Ihre Entdeckung und Erforschung kann unser Verständnis von Raum und Zeit grundlegend verändern.
Entstehung von Schwarzen Löchern. Während thermonukleare Reaktionen im Inneren des Sterns stattfinden, halten sie hohe Temperatur und hohen Druck aufrecht und verhindern, dass der Stern unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht. Mit der Zeit wird der Kernbrennstoff jedoch erschöpft und der Stern beginnt zu schrumpfen. Berechnungen zeigen, dass, wenn die Masse des Sterns drei Sonnenmassen nicht überschreitet, er den "Kampf mit der Schwerkraft" gewinnen wird: Sein Gravitationskollaps wird durch den Druck "entarteter" Materie gestoppt, und der Stern wird für immer zu einem Weißen Zwerg oder Neutronenstern. Aber wenn die Masse eines Sterns mehr als drei Sonnen beträgt, kann nichts seinen katastrophalen Kollaps aufhalten und er wird schnell unter den Ereignishorizont fallen und zu einem schwarzen Loch werden. Für ein kugelförmiges Schwarzes Loch der Masse M bildet der Ereignishorizont eine Kugel mit einem Äquatorumfang, der 2p-mal größer ist als der „Gravitationsradius“ des Schwarzen Lochs RG = 2GM/c2, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und G die Gravitationskonstante ist. Ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 3 Sonnenmassen hat einen Gravitationsradius von 8,8 km.

Wenn ein Astronom einen Stern im Moment seiner Verwandlung in ein Schwarzes Loch beobachtet, wird er zunächst sehen, wie sich der Stern immer schneller zusammenzieht, aber wenn sich seine Oberfläche dem Gravitationsradius nähert, wird die Kompression langsamer, bis sie vollständig aufhört. Gleichzeitig wird das vom Stern kommende Licht schwächer und rot, bis es vollständig erlischt. Denn im Kampf gegen die gigantische Schwerkraft verliert das Licht an Energie und es dauert immer länger, bis es den Betrachter erreicht. Wenn die Oberfläche des Sterns den Gravitationsradius erreicht, dauert es unendlich lange, bis das Licht, das ihn verlässt, den Beobachter erreicht (und dabei verlieren die Photonen ihre Energie vollständig). Folglich wird der Astronom niemals auf diesen Moment warten, geschweige denn sehen, was mit dem Stern unterhalb des Ereignishorizonts passiert. Aber theoretisch kann dieser Prozess untersucht werden. Die Berechnung eines idealisierten Kugelkollaps zeigt, dass sich der Stern in kurzer Zeit so weit zusammenzieht, dass unendlich hohe Dichte- und Gravitationswerte erreicht werden. Ein solcher Punkt wird als "Singularität" bezeichnet. Darüber hinaus zeigt die allgemeine mathematische Analyse, dass, wenn ein Ereignishorizont entstanden ist, auch ein nicht kugelförmiger Kollaps zu einer Singularität führt. All dies gilt jedoch nur, wenn die allgemeine Relativitätstheorie bis auf sehr kleine räumliche Skalen anwendbar ist, was wir noch nicht sicher sind. Quantengesetze wirken in der Mikrowelt, und die Quantentheorie der Schwerkraft wurde noch nicht geschaffen. Es ist klar, dass Quanteneffekte einen Stern nicht daran hindern können, in ein Schwarzes Loch zu kollabieren, aber sie könnten das Auftreten einer Singularität verhindern. Die moderne Theorie der Sternentwicklung und unser Wissen über die Sternpopulation der Galaxie deuten darauf hin, dass es unter ihren 100 Milliarden Sternen etwa 100 Millionen Schwarze Löcher geben sollte, die beim Kollaps der massereichsten Sterne entstanden sind. Darüber hinaus können Schwarze Löcher mit sehr großer Masse in den Kernen großer Galaxien, einschließlich unserer, lokalisiert werden. Wie bereits erwähnt, kann in unserer Zeit nur eine Masse, die mehr als dreimal so groß ist wie die der Sonne, zu einem Schwarzen Loch werden. Unmittelbar nach dem Urknall, von dem ca. Vor 15 Milliarden Jahren begann die Expansion des Universums, Schwarze Löcher jeglicher Masse konnten geboren werden. Die kleinsten von ihnen sollten aufgrund von Quanteneffekten verdampft sein und ihre Masse in Form von Strahlung und Teilchenströmen verloren haben. Aber "primordiale Schwarze Löcher" mit einer Masse von mehr als 1015 g könnten bis heute überleben. Alle Berechnungen des Sternkollaps werden unter der Annahme einer leichten Abweichung von der Kugelsymmetrie durchgeführt und zeigen, dass der Ereignishorizont immer gebildet wird. Bei einer starken Abweichung von der Kugelsymmetrie kann der Kollaps eines Sterns jedoch zur Bildung einer Region mit unendlich starker Gravitation führen, die jedoch nicht von einem Ereignishorizont umgeben ist; es wird die "nackte Singularität" genannt. Es ist kein Schwarzes Loch mehr im oben diskutierten Sinne. Physikalische Gesetze in der Nähe einer nackten Singularität können eine sehr unerwartete Form annehmen. Derzeit wird eine nackte Singularität als unwahrscheinliches Objekt angesehen, während die meisten Astrophysiker an die Existenz von Schwarzen Löchern glauben.
Eigenschaften von Schwarzen Löchern. Für einen außenstehenden Beobachter sieht die Struktur eines Schwarzen Lochs extrem einfach aus. Während ein Stern in einem Bruchteil einer Sekunde (nach der Uhr eines entfernten Beobachters) in ein Schwarzes Loch kollabiert, werden alle seine äußeren Merkmale, die mit der Inhomogenität des ursprünglichen Sterns verbunden sind, in Form von Gravitation und Elektromagnetik abgestrahlt Wellen. Das resultierende stationäre Schwarze Loch "vergisst" alle Informationen über den ursprünglichen Stern, bis auf drei Größen: Gesamtmasse, Drehimpuls (bezogen auf Rotation) und elektrische Ladung. Durch die Untersuchung eines Schwarzen Lochs ist es nicht mehr möglich zu wissen, ob der ursprüngliche Stern aus Materie oder Antimaterie bestand, ob er die Form einer Zigarre oder eines Pfannkuchens hatte und so weiter. Unter realen astrophysikalischen Bedingungen zieht ein geladenes Schwarzes Loch Teilchen mit entgegengesetztem Vorzeichen aus dem interstellaren Medium an, und seine Ladung wird schnell zu Null. Das verbleibende stationäre Objekt wird entweder ein nicht rotierendes "Schwarzschild-Schwarzes Loch", das nur durch Masse charakterisiert wird, oder ein rotierendes "Kerr-Schwarzes Loch", das durch Masse und Drehimpuls charakterisiert wird. Die Einzigartigkeit der oben genannten Arten stationärer Schwarzer Löcher wurde im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie von W. Israel, B. Carter, S. Hawking und D. Robinson bewiesen. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie werden Raum und Zeit durch das Gravitationsfeld massiver Körper gekrümmt, wobei die stärkste Krümmung in der Nähe von Schwarzen Löchern auftritt. Wenn Physiker über Zeit- und Raumintervalle sprechen, meinen sie Zahlen, die von jeder physischen Uhr oder jedem Lineal abgelesen werden. Die Rolle einer Uhr kann beispielsweise ein Molekül mit einer bestimmten Schwingungsfrequenz spielen, deren Anzahl zwischen zwei Ereignissen als "Zeitintervall" bezeichnet werden kann. Bemerkenswerterweise wirkt die Schwerkraft auf alle physikalischen Systeme auf die gleiche Weise: Alle Uhren zeigen, dass sich die Zeit verlangsamt, und alle Lineale zeigen, dass sich der Weltraum in der Nähe eines Schwarzen Lochs ausdehnt. Das bedeutet, dass ein Schwarzes Loch die Geometrie von Raum und Zeit um sich herum krümmt. Fern vom Schwarzen Loch ist diese Krümmung klein, aber in der Nähe so groß, dass sich die Lichtstrahlen kreisförmig um sie herum bewegen können. Abseits eines Schwarzen Lochs wird sein Gravitationsfeld durch Newtons Theorie für einen Körper gleicher Masse genau beschrieben, aber in der Nähe des Schwarzen Lochs wird die Schwerkraft viel stärker als Newtons Theorie vorhersagt. Jeder Körper, der in ein Schwarzes Loch fällt, wird zerrissen, lange bevor er den Ereignishorizont überquert, durch starke Gezeiten-Gravitationskräfte, die sich aus der unterschiedlichen Anziehungskraft in unterschiedlichen Entfernungen vom Zentrum ergeben. Ein Schwarzes Loch ist immer bereit, Materie oder Strahlung zu absorbieren und dadurch seine Masse zu erhöhen. Seine Wechselwirkung mit der Außenwelt wird durch ein einfaches Hawking-Prinzip bestimmt: Die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs nimmt niemals ab, wenn man die Quantenproduktion von Teilchen nicht berücksichtigt. J. Bekenstein schlug 1973 vor, dass Schwarze Löcher den gleichen physikalischen Gesetzen gehorchen wie physische Körper, die Strahlung emittieren und absorbieren (das „Schwarzer-Körper“-Modell). Beeinflusst von dieser Idee zeigte Hawking 1974, dass Schwarze Löcher Materie und Strahlung emittieren können, dies aber nur bemerkbar wird, wenn die Masse des Schwarzen Lochs selbst relativ klein ist. Solche Schwarzen Löcher könnten unmittelbar nach dem Urknall entstehen, der die Expansion des Universums einleitete. Die Massen dieser primären Schwarzen Löcher sollten nicht mehr als 1015 g (wie ein kleiner Asteroid) und 10-15 m groß sein (wie ein Proton oder Neutron). Ein starkes Gravitationsfeld in der Nähe eines Schwarzen Lochs lässt Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen; eines der Teilchen jedes Paares wird von dem Loch absorbiert und das zweite wird nach außen emittiert. Ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 1015 g sollte sich wie ein Körper mit einer Temperatur von 1011 K verhalten. Die Idee der "Verdampfung" von Schwarzen Löchern widerspricht vollständig der klassischen Vorstellung von ihnen als Körpern, die nicht strahlen können.
Suche nach schwarzen Löchern. Berechnungen im Rahmen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie weisen nur auf die Möglichkeit der Existenz von Schwarzen Löchern hin, beweisen aber keineswegs ihre Anwesenheit in der realen Welt; Die Entdeckung eines echten Schwarzen Lochs wäre ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Physik. Die Suche nach isolierten Schwarzen Löchern im Weltraum ist hoffnungslos schwierig: Wir werden nicht in der Lage sein, ein kleines dunkles Objekt vor der Schwärze des Weltraums zu erkennen. Aber es besteht die Hoffnung, ein Schwarzes Loch durch seine Wechselwirkung mit den umgebenden astronomischen Körpern und durch seinen charakteristischen Einfluss auf sie zu entdecken. Supermassive Schwarze Löcher können sich in den Zentren von Galaxien befinden und dort kontinuierlich Sterne verschlingen. Die Sterne, die sich um das Schwarze Loch konzentrieren, sollten zentrale Helligkeitsspitzen in den Kernen von Galaxien bilden; ihre Suche ist jetzt im Gange. Eine andere Suchmethode besteht darin, die Bewegungsgeschwindigkeit von Sternen und Gas um das zentrale Objekt in der Galaxie zu messen. Wenn ihre Entfernung vom zentralen Objekt bekannt ist, können ihre Masse und ihre durchschnittliche Dichte berechnet werden. Wenn es die für Sternhaufen mögliche Dichte deutlich überschreitet, wird angenommen, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt. Auf diese Weise stellten J. Moran und Kollegen 1996 fest, dass sich im Zentrum der Galaxie NGC 4258 wahrscheinlich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 40 Millionen Sonnenmassen befindet. Am vielversprechendsten ist die Suche nach einem Schwarzen Loch in Doppelsternsystemen, wo es zusammen mit einem normalen Stern um einen gemeinsamen Massenmittelpunkt kreisen kann. Aus der periodischen Dopplerverschiebung der Linien im Spektrum eines Sterns kann man die Paarung mit einem bestimmten Körper verstehen und sogar dessen Masse abschätzen. Wenn diese Masse 3 Sonnenmassen überschreitet und es nicht möglich ist, die Strahlung des Körpers selbst zu bemerken, ist es sehr wahrscheinlich, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt. In einem kompakten Doppelsternsystem kann ein Schwarzes Loch Gas von der Oberfläche eines normalen Sterns einfangen. Dieses Gas bewegt sich in der Umlaufbahn um das Schwarze Loch und bildet eine Scheibe. Wenn es sich spiralförmig dem Schwarzen Loch nähert, heizt es sich stark auf und wird zu einer Quelle starker Röntgenstrahlen. Schnelle Schwankungen dieser Strahlung sollten darauf hindeuten, dass sich das Gas schnell in einer Umlaufbahn mit kleinem Radius um ein winziges massives Objekt bewegt. Seit den 1970er Jahren wurden mehrere Röntgenquellen in Doppelsternsystemen mit deutlichen Anzeichen für das Vorhandensein von Schwarzen Löchern entdeckt. Am vielversprechendsten gilt der Röntgendoppelstern V 404 Cygnus, dessen Masse der unsichtbaren Komponente auf nicht weniger als 6 Sonnenmassen geschätzt wird. Andere bemerkenswerte Kandidaten für Schwarze Löcher befinden sich in den Röntgendoppelsternen Cygnus X-1, LMCX-3, V 616 Monocerotis, QZ Chanterelles und den Röntgennovae Ophiuchus 1977, Mukha 1981 und Scorpio 1994. Mit Ausnahme von LMCX-3, das sich in der Großen Magellanschen Wolke befindet, befinden sich alle in unserer Galaxie in Entfernungen in der Größenordnung von 8000 Lj. Jahre von der Erde.
siehe auch
KOSMOLOGIE;
SCHWERE ;
Gravitationskollaps;
RELATIVITÄT ;
AUSSERATMOSPHÄRISCHE ASTRONOMIE.
LITERATUR
Tscherepashchuk A.M. Massen von Schwarzen Löchern in Binärsystemen. Uspekhi fizicheskikh nauk, Bd. 166, p. 809, 1996

Collier Enzyklopädie. - Offene Gesellschaft. 2000 .

Sehen Sie, was "BLACK HOLE" in anderen Wörterbüchern ist:

SCHWARZES LOCH, ein lokalisierter Bereich des Weltraums, aus dem weder Materie noch Strahlung entweichen können, mit anderen Worten, die erste Raumgeschwindigkeit übersteigt die Lichtgeschwindigkeit. Die Grenze dieser Region wird als Ereignishorizont bezeichnet. Wissenschaftliches und technisches Lexikon

Platz ein Objekt, das durch die Kompression eines Körpers durch die Schwerkraft entsteht. Kräfte bis zu Größen kleiner als sein Gravitationsradius rg=2g/c2 (wobei M die Masse des Körpers, G die Gravitationskonstante, c der Zahlenwert der Lichtgeschwindigkeit ist). Vorhersage über die Existenz in ... ... Physikalische Enzyklopädie

Vorhanden, Anzahl Synonyme: 2 Sterne (503) unbekannt (11) ASIS Synonymwörterbuch. VN Trishin. 2013 ... Synonymwörterbuch

Der brillante theoretische Physiker und Kosmologe Stephen Hawking liebt es, über Themen zu sprechen, die uns viele wissenschaftliche Phänomene überdenken lassen. Vor einigen Tagen ließen seine neuen Forschungsergebnisse Zweifel an der Existenz eines der mysteriösesten Phänomene im Kosmos aufkommen – Schwarze Löcher.

Laut dem Forscher (der in der Arbeit „Information Preservation and Weather Predictions for Black Holes“ beschrieben wird) können sogenannte Schwarze Löcher ohne den sogenannten „Ereignishorizont“ existieren, über den hinaus nichts entkommen kann. Hawking glaubt, dass Schwarze Löcher Licht und Informationen nur eine Weile speichern und dann wieder in den Weltraum „ausspucken“, allerdings in ziemlich verzerrter Form.

Schwarze Löcher haben ihren Namen, weil sie Licht ansaugen, das seine Grenzen berührt, und es nicht reflektieren.

Ein Schwarzes Loch entsteht in dem Moment, in dem eine ausreichend komprimierte Materiemasse Raum und Zeit deformiert, und hat eine bestimmte Oberfläche, den so genannten „Ereignishorizont“, der den Punkt markiert, an dem es kein Zurück mehr gibt.

Schwarze Löcher beeinflussen den Lauf der Zeit

In der Nähe des Meeresspiegels laufen die Uhren langsamer als auf einer Raumstation und noch langsamer in der Nähe von Schwarzen Löchern. Das hat etwas mit der Schwerkraft zu tun.

Das nächste Schwarze Loch ist etwa 1600 Lichtjahre entfernt.

Unsere Galaxie ist mit Schwarzen Löchern übersät, aber das nächste, das theoretisch in der Lage wäre, unseren bescheidenen Planeten zu zerstören, liegt weit außerhalb unseres Sonnensystems.

Im Zentrum der Milchstraße befindet sich ein riesiges Schwarzes Loch.

Es befindet sich in einer Entfernung von 30.000 Lichtjahren von der Erde und ist mehr als 30 Millionen Mal so groß wie unsere Sonne.

Schwarze Löcher verdampfen schließlich

Es wird angenommen, dass nichts aus einem schwarzen Loch entkommen kann. Die einzige Ausnahme von dieser Regel ist Strahlung. Laut einigen Wissenschaftlern verlieren Schwarze Löcher Masse, wenn sie Strahlung abgeben. Als Ergebnis dieses Prozesses kann das Schwarze Loch vollständig verschwinden.

Schwarze Löcher sind wie Kugeln geformt, nicht wie Trichter.

In den meisten Lehrbüchern sehen Sie schwarze Löcher, die wie Trichter aussehen. Dies liegt daran, dass sie aus der Perspektive eines Gravitationsbrunnens dargestellt sind. In Wirklichkeit sind sie eher wie eine Kugel.

In der Nähe eines Schwarzen Lochs ist alles verzerrt

Schwarze Löcher haben die Fähigkeit, den Raum zu verzerren, und weil sie sich drehen, wird die Verzerrung schlimmer, wenn sie sich drehen.

Ein Schwarzes Loch kann auf schreckliche Weise töten

Während es offensichtlich scheint, dass ein Schwarzes Loch mit dem Leben nicht vereinbar ist, denken die meisten Menschen, dass sie dort einfach zerquetscht würden. Nicht unbedingt. Sie würden höchstwahrscheinlich zu Tode gestreckt, weil der Teil Ihres Körpers, der zuerst den "Ereignishorizont" erreicht, erheblich stärker von der Schwerkraft betroffen wäre.

Schwarze Löcher sind nicht immer schwarz

Obwohl sie für ihre Schwärze bekannt sind, strahlen sie, wie wir bereits gesagt haben, tatsächlich elektromagnetische Wellen aus.

Schwarze Löcher können nicht nur zerstören

Natürlich ist es das in den meisten Fällen. Es gibt jedoch zahlreiche Theorien, Studien und Vorschläge, dass Schwarze Löcher tatsächlich für Energie- und Raumfahrt angepasst werden können.

Die Entdeckung der Schwarzen Löcher gehört nicht Albert Einstein

Erst 1916 hat Albert Einstein die Theorie der Schwarzen Löcher wiederbelebt. Lange zuvor, im Jahr 1783, entwickelte ein Wissenschaftler namens John Mitchell diese Theorie. Dies geschah, nachdem er sich gefragt hatte, ob die Schwerkraft so stark werden könnte, dass selbst leichte Partikel ihr nicht entkommen könnten.

Schwarze Löcher summen

Obwohl das Vakuum im Weltraum eigentlich keine Schallwellen überträgt, können Sie mit speziellen Instrumenten die Geräusche atmosphärischer Interferenzen hören. Wenn ein Schwarzes Loch etwas anzieht, beschleunigt sein Ereignishorizont die Teilchen auf Lichtgeschwindigkeit und sie erzeugen ein Summen.

Schwarze Löcher können die für die Entstehung des Lebens notwendigen Elemente erzeugen

Forscher glauben, dass Schwarze Löcher Elemente erzeugen, wenn sie in subatomare Teilchen zerfallen. Diese Partikel sind in der Lage, Elemente zu erzeugen, die schwerer als Helium sind, wie Eisen und Kohlenstoff, sowie viele andere, die zur Bildung von Leben benötigt werden.

Schwarze Löcher „schlucken“ nicht nur, sondern „spucken“ auch

Schwarze Löcher sind berüchtigt dafür, alles in der Nähe ihres Ereignishorizonts aufzusaugen. Nachdem etwas in ein Schwarzes Loch gefallen ist, wird es mit solch ungeheurer Kraft komprimiert, dass die einzelnen Bestandteile komprimiert werden und schließlich in subatomare Teilchen zerfallen. Einige Wissenschaftler vermuten, dass diese Materie dann aus einem sogenannten "weißen Loch" ausgestoßen wird.

Jede Materie kann zu einem schwarzen Loch werden

Aus technischer Sicht können nicht nur Sterne zu Schwarzen Löchern werden. Wenn Ihre Autoschlüssel unter Beibehaltung ihrer Masse auf ein Minimum reduziert würden, würde ihre Dichte astronomische Höhen erreichen und ihre Schwerkraft ins Unglaubliche steigen.

Im Zentrum eines Schwarzen Lochs versagen die Gesetze der Physik

Theorien zufolge wird die Materie in einem Schwarzen Loch auf eine unendliche Dichte komprimiert, und Raum und Zeit hören auf zu existieren. Wenn dies geschieht, brechen die Gesetze der Physik zusammen, einfach weil der menschliche Geist nicht in der Lage ist, sich ein Objekt vorzustellen, das ein Volumen von Null und eine unendliche Dichte hat.

Schwarze Löcher bestimmen die Anzahl der Sterne

Nach Ansicht einiger Wissenschaftler ist die Anzahl der Sterne im Universum durch die Anzahl der Schwarzen Löcher begrenzt. Dies liegt daran, wie sie Gaswolken und die Bildung von Elementen in jenen Teilen des Universums beeinflussen, in denen neue Sterne geboren werden.

Ja, das gibt es. schwarzes Loch wird der Bereich der Raumzeit genannt, in dem das Gravitationsfeld so stark ist, dass selbst Licht diesen Bereich nicht verlassen kann. Dies geschieht, wenn die Abmessungen des Körpers kleiner als sein Gravitationsradius rg sind.

Was ist das?

Schwarze Löcher müssen von einem sehr starken erzeugt werden Massenkompression, während das Gravitationsfeld so stark anwächst, dass es weder Licht noch andere Strahlung aussendet. Um die Schwerkraft zu überwinden und einem Schwarzen Loch zu entkommen, würde es dauern zweite Fluchtgeschwindigkeit- mehr Licht. Aber nach der Relativitätstheorie kann kein Körper eine Geschwindigkeit entwickeln, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Aus einem Schwarzen Loch kann also nichts entkommen. Auch von dort können keine Informationen kommen. Es ist unmöglich zu wissen, was mit jemandem passiert ist, der in ein schwarzes Loch gefallen ist. Bereits in der Nähe der Löcher ändern sich die Eigenschaften von Raum und Zeit dramatisch.

Die theoretische Möglichkeit der Existenz solcher Bereiche der Raumzeit folgt aus einigen exakten Lösungen der Einstein-Gleichungen. Einfach gesagt, Einstein sagte die erstaunlichen Eigenschaften von Schwarzen Löchern voraus, von denen das wichtigste das Vorhandensein eines Ereignishorizonts in einem Schwarzen Loch ist. Nach den neuesten Beobachtungsdaten existieren Schwarze Löcher und haben erstaunliche Eigenschaften. Die Existenz von Schwarzen Löchern ergibt sich aus der Gravitationstheorie: Wenn diese Theorie wahr ist, dann ist die Existenz von Schwarzen Löchern wahr. Daher sollten Aussagen über direkte Beweise für die Existenz von Schwarzen Löchern so verstanden werden, dass sie die Existenz von astronomischen Objekten bestätigen, die so dicht und massiv sind und einige andere beobachtbare Eigenschaften haben, dass sie als Schwarze Löcher interpretiert werden können generelle Relativität. Außerdem werden als Schwarze Löcher oft Objekte bezeichnet, die nicht streng der oben gegebenen Definition entsprechen, sondern sich in ihren Eigenschaften einem solchen Schwarzen Loch nur annähern – das können zum Beispiel kollabierende Sterne in späten Kollapsstadien sein.

nicht rotierendes Schwarzes Loch

Bei einem nicht rotierenden Schwarzen Loch ist der Radius des Ereignishorizonts gleich dem Gravitationsradius. Am Ereignishorizont für einen externen Beobachter hört die Zeit auf. Ein Raumschiff, das zu einem Schwarzen Loch geschickt wird, wird aus der Sicht eines entfernten Beobachters niemals den Ereignishorizont überqueren, sondern wird kontinuierlich langsamer, wenn es sich ihm nähert. Alles, was unter dem Ereignishorizont innerhalb eines Schwarzen Lochs passiert, ist für einen externen Beobachter nicht sichtbar. Ein Astronaut in seinem Raumschiff ist prinzipiell in der Lage, den Ereignishorizont zu durchdringen, aber er wird keine Informationen an einen externen Beobachter übermitteln können. In diesem Fall sieht ein Astronaut, der frei unter den Ereignishorizont fällt, wahrscheinlich ein anderes Universum und sogar seine eigene Zukunft. Das liegt daran, dass im Inneren eines Schwarzen Lochs Raum- und Zeitkoordinaten vertauscht sind und hier die Raumfahrt durch die Zeitreise ersetzt wird.

Spinnendes Schwarzes Loch

Seine Eigenschaften sind noch erstaunlicher. Ihr Ereignishorizont hat einen kleineren Radius, er taucht in die Ergosphäre ein – eine Region der Raumzeit, in der sich Körper ständig bewegen müssen, aufgenommen vom Wirbelgravitationsfeld eines rotierenden Schwarzen Lochs.
Diese ungewöhnlichen Eigenschaften von Schwarzen Löchern erscheinen einfach fantastisch, weshalb ihre Existenz in der Natur oft in Frage gestellt wird.

Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem

In diesem Fall sind die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs am ausgeprägtesten, da In einem Doppelsternsystem ist ein Stern ein heller Riese und der andere ein Schwarzes Loch. Gas aus der Hülle eines Riesensterns strömt zum Schwarzen Loch, dreht sich um es herum und bildet eine Scheibe. Gasschichten in der Scheibe nähern sich in Spiralbahnen dem Schwarzen Loch und fallen hinein. Doch bevor es in die Nähe der Grenze eines Schwarzen Lochs fällt, wird das Gas durch Reibung auf eine enorme Temperatur von Millionen Grad erhitzt und strahlt im Röntgenbereich. Laut dieser Röntgenemission sind Schwarze Löcher in Doppelsternsystemen zu finden.

Fazit

Massive Schwarze Löcher sollen in den Zentren kompakter Sternhaufen entstehen. Vielleicht ist die Röntgenquelle im Sternbild Cygnus - Cygnus-X-1 ein solches Schwarzes Loch.

Astronomen schließen nicht aus, dass in der Vergangenheit Schwarze Löcher zu Beginn der Expansion des Universums aufgetreten sein könnten, daher ist die Entstehung sehr kleiner Schwarzer Löcher nicht ausgeschlossen.

Die Massenwerte einer großen Anzahl von Neutronensternen und Schwarzen Löchern bestätigen die Richtigkeit der Vorhersagen der Relativitätstheorie von A. Einstein. In den letzten Jahren ist das Problem der Hypothese von Schwarzen Löchern im Universum zu einer Beobachtungsrealität geworden. Dies bedeutet eine qualitativ neue Stufe in der Untersuchung von Schwarzen Löchern und ihren erstaunlichen Eigenschaften, es gibt Hoffnung auf neue Entdeckungen in diesem Bereich.

Schwarze Löcher werden Sterne genannt, die angeblich so große Massen und kleine Größen haben, dass das Licht die Schwerkraft nicht überwinden und den Stern verlassen kann.

Anscheinend sind Schwarze Löcher diejenigen Objekte des Universums, die die meiste Aufmerksamkeit der Menschen auf sich ziehen. Das sind massereiche Sterne im Endstadium des Lebens, die ein so starkes Gravitationsfeld erzeugen, dass sie absolut kein Licht reflektieren können, also für den Betrachter schwarz erscheinen. Ohne irgendeine Art von elektromagnetischer Energie auszusenden, können sie nicht direkt beobachtet werden, und daher ist es so schwierig, ihre Natur im Detail zu studieren, dass man anfangen könnte, an ihrer Existenz zu zweifeln. Aber in den letzten Jahren hat sich eine ausreichende Menge an Beweisen für ihre Anwesenheit angesammelt, die es ermöglichten, den Platz dieser Objekte unter anderen, die das Universum bewohnen, mit hinreichender Sicherheit zu bestimmen.

Ein Körper, der einer ausreichend starken Kompression ausgesetzt ist, hört nach einiger Zeit auf, Lichtstrahlen von sich selbst abzugeben. Der Radius, bei dem dies beginnt, wurde zuerst berechnet Karl Schwarzschild. Anscheinend kann er als der größte Astrophysiker der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts angesehen werden. Er leistete grundlegende Beiträge zu vielen Zweigen der Astrophysik. Nachdem Karl Schwarzschild kurz vor seinem Tod seine Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie formuliert hatte, erhielt er die ersten exakten Lösungen für sie und beschrieb insbesondere die Eigenschaften von Schwarzen Löchern. Schwarzschild war Direktor der Sternwarten in Göttingen und Potsdam; 1916 starb er im Alter von 43 Jahren an einer Krankheit, die er sich an den Fronten des Ersten Weltkriegs zugezogen hatte. Seine Asche ruht auf dem Göttinger Zentralfriedhof.

Der Radius, auf den der Körper zusammengedrückt werden muss, damit das Licht von ihm nicht in den Weltraum entweichen kann, wird als Schwarzschild-Radius bezeichnet. Für die Sonne sind es etwa drei Kilometer. Wenn Sie die Sonne auf diesen oder einen kleineren Radius drücken, wird ihr Licht nicht erlöschen. Generell lässt sich der Schwarzschild-Radius für jeden Körper berechnen. Je kleiner die Masse des Körpers, desto kleiner der Schwarzschild-Radius. Für die Menge an Materie, aus der eine Person besteht, ist der Schwarzschild-Radius so klein, dass Sie, wenn er in Zentimetern ausgedrückt wird, null ganze Zahlen und weitere einundzwanzig Nullen nach dem Komma erhalten, und nur dann erscheinen Zahlen ungleich Null. Wenn Sie eine Masse, die der Masse eines Menschen entspricht, auf einen so kleinen Radius zusammendrücken, wird kein Licht daraus in den Weltraum entweichen.

Der Himmelskörper, der sich in ein Schwarzes Loch verwandelt hat, verschwindet nicht aus dem Universum. Es macht sich durch seine Schwerkraft nach außen bemerkbar. Ein Schwarzes Loch absorbiert Lichtstrahlen, die in seiner Nähe vorbeikommen, und lenkt Strahlen ab, die in größerer Entfernung von ihm kommen. Ein Schwarzes Loch kann mit anderen Körpern in gravitative Wechselwirkung treten: Es kann Planeten um sich herum halten oder mit einem anderen Stern ein binäres System bilden.

Aber im Moment war das alles unser Gedankenexperiment. Gibt es Schwarze Löcher wirklich? Es ist ziemlich schwer vorstellbar, dass einem Neutronenstern eine so große Menge Materie zugeführt wurde, dass seine Masse bis zu der Grenze zunahm, jenseits derer ein Gravitationskollaps eintritt. Bei Röntgendoppelsternen beispielsweise ist der Materiefluss, der in den Neutronenstern eintritt, so gering, dass während der gesamten Lebensdauer des Sterns, der seine Masse aufgibt, die Masse des Neutronensterns nur geringfügig zunimmt. Aber was wissen wir über den Ursprung von Neutronensternen? Nur dass der Pulsar im Krebsnebel nach einer Supernova-Explosion entstanden ist. Was wissen wir über Supernova-Explosionen? Könnte es nicht sein, dass nach der Ausdehnung der äußeren Hülle manchmal noch eine Masse vorhanden ist, die nicht nur für die Entstehung eines Neutronensterns ausreicht, sondern auch für seinen weiteren Kollaps zu einem Schwarzen Loch? Bei einigen Röntgendoppelsternen besteht der starke Verdacht, dass das kompakte Objekt, das Röntgenstrahlen aussendet, kein Neutronenstern, sondern ein Schwarzes Loch ist. Die Materie, die vom Satellitenstern kommt, kann sich, noch bevor sie in den Tiefen des Schwarzen Lochs unsichtbar wird, so stark erwärmen, dass sie anfängt, Röntgenstrahlen auszusenden. Aus der Bewegung des sichtbaren Sterns lässt sich die Masse der Röntgenquelle berechnen. Es wird angenommen, dass die Röntgenquelle Cygnus X-1 eine Masse eines kompakten Objekts von mehr als drei Sonnenmassen hat. Dieses kompakte Objekt kann kein Neutronenstern mehr sein; ist das nicht ein schwarzes loch?

Sterbende Sterne werden zu kompakten Objekten, in denen Materie für immer gebunden ist. Doch bevor sie einen Teil ihrer Masse ins All schleudern – das ist die Substanz, die dazu dienen kann, neue Sterne zu bilden. Und die Substanz, aus der unsere eigenen Körper bestehen, zumindest einmal in den Eingeweiden irgendeines Sterns gekocht. Aber fast immer bleibt ein kompaktes Objekt hinter dem Stern, und schließlich konzentriert sich die gesamte Materie im Universum in kühlenden Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern, um die sich freudlose kalte Planeten drehen. Es sieht so aus, als hätte das Universum eine ziemlich düstere Zukunft vor sich.

Sowohl für Wissenschaftler der vergangenen Jahrhunderte als auch für Forscher unserer Zeit ist das größte Mysterium des Weltraums ein Schwarzes Loch. Was steckt in diesem für die Physik völlig unbekannten System? Welche Gesetze gelten dort? Wie vergeht die Zeit in einem Schwarzen Loch und warum können ihm nicht einmal Lichtquanten entkommen? Jetzt werden wir natürlich versuchen, aus theoretischer und nicht aus praktischer Sicht zu verstehen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, warum es im Prinzip entstanden ist und existiert, wie es die Objekte anzieht, die es umgeben.

Lassen Sie uns zunächst dieses Objekt beschreiben.

Eine bestimmte Region des Weltraums wird also als Schwarzes Loch bezeichnet. Es ist unmöglich, ihn als separaten Stern oder Planeten herauszuheben, da er weder ein fester noch ein gasförmiger Körper ist. Ohne ein grundlegendes Verständnis dafür, was Raumzeit ist und wie sich diese Dimensionen ändern können, ist es unmöglich zu verstehen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Tatsache ist, dass dieser Bereich nicht nur eine räumliche Einheit ist. die sowohl die uns bekannten drei Dimensionen (Länge, Breite und Höhe) als auch die Zeitachse verzerrt. Wissenschaftler sind sich sicher, dass im Bereich des Horizonts (der sogenannten Umgebung des Lochs) die Zeit eine räumliche Bedeutung annimmt und sich sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen kann.

Lernen Sie die Geheimnisse der Schwerkraft kennen

Wenn wir verstehen wollen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, werden wir uns im Detail überlegen, was Gravitation ist. Dieses Phänomen ist der Schlüssel zum Verständnis der Natur der sogenannten "Wurmlöcher", aus denen nicht einmal Licht entweichen kann. Gravitation ist die Wechselwirkung zwischen allen Körpern, die eine materielle Basis haben. Die Stärke einer solchen Schwerkraft hängt von der molekularen Zusammensetzung der Körper, von der Konzentration der Atome und auch von ihrer Zusammensetzung ab. Je mehr Teilchen in einem bestimmten Bereich des Weltraums zusammenbrechen, desto größer ist die Gravitationskraft. Dies ist untrennbar mit der Urknalltheorie verbunden, als unser Universum die Größe einer Erbse hatte. Es war ein Zustand maximaler Singularität, und als Ergebnis eines Blitzes von Lichtquanten begann sich der Raum auszudehnen, weil sich die Teilchen gegenseitig abstießen. Genau das Gegenteil wird von Wissenschaftlern als Schwarzes Loch bezeichnet. Was steckt laut TBZ in so einem Ding drin? Singularität, die den Indikatoren entspricht, die unserem Universum zum Zeitpunkt seiner Geburt innewohnen.

Wie kommt Materie in ein Wurmloch?

Es gibt die Meinung, dass eine Person niemals verstehen kann, was in einem Schwarzen Loch passiert. Denn dort angekommen, wird er buchstäblich von Schwerkraft und Schwerkraft erdrückt. Tatsächlich ist dies nicht wahr. Ja, ein Schwarzes Loch ist in der Tat eine Region der Singularität, in der alles maximal komprimiert ist. Aber das ist überhaupt kein „Weltraumstaubsauger“, der alle Planeten und Sterne in sich ziehen kann. Jedes materielle Objekt, das sich am Ereignishorizont befindet, wird eine starke Verzerrung von Raum und Zeit beobachten (bisher stehen diese Einheiten auseinander). Das euklidische System der Geometrie wird ins Wanken geraten, mit anderen Worten, sie werden sich schneiden, die Umrisse stereometrischer Figuren werden nicht mehr vertraut sein. Was die Zeit betrifft, wird es allmählich langsamer. Je näher Sie dem Loch kommen, desto langsamer geht die Uhr im Verhältnis zur Erdzeit, aber Sie werden es nicht bemerken. Beim Auftreffen auf das "Wurmloch" fällt der Körper mit Nullgeschwindigkeit, aber diese Einheit ist gleich unendlich. Krümmung, die das Unendliche mit Null gleichsetzt, was schließlich die Zeit im Bereich der Singularität anhält.

Reaktion auf emittiertes Licht

Das einzige Objekt im Weltraum, das Licht anzieht, ist ein Schwarzes Loch. Was sich darin befindet und in welcher Form, ist unbekannt, aber sie glauben, dass es stockfinster ist, was man sich nicht vorstellen kann. Lichtquanten, die dorthin gelangen, verschwinden nicht einfach. Ihre Masse wird mit der Masse der Singularität multipliziert, was sie noch größer macht und vergrößert.Wenn Sie also eine Taschenlampe im Inneren des Wurmlochs einschalten, um sich umzusehen, wird es nicht leuchten. Die emittierten Quanten werden sich ständig mit der Masse des Lochs vervielfachen, und Sie werden, grob gesagt, Ihre Situation nur verschlimmern.

Überall schwarze Löcher

Wie wir bereits herausgefunden haben, ist die Grundlage der Bildung die Schwerkraft, deren Wert millionenfach größer ist als auf der Erde. Die genaue Vorstellung davon, was ein Schwarzes Loch ist, wurde der Welt von Karl Schwarzschild gegeben, der tatsächlich den Ereignishorizont und den Punkt ohne Wiederkehr entdeckte und auch feststellte, dass Null in einem Singularitätszustand gleich unendlich ist . Seiner Meinung nach kann sich überall im Weltall ein Schwarzes Loch bilden. In diesem Fall muss ein bestimmtes materielles Objekt mit Kugelform den Gravitationsradius erreichen. Zum Beispiel muss die Masse unseres Planeten in das Volumen einer Erbse passen, um ein Schwarzes Loch zu werden. Und die Sonne sollte mit ihrer Masse einen Durchmesser von 5 Kilometern haben - dann wird ihr Zustand singulär.

Horizont der Neubildung der Welt

Die Gesetze der Physik und Geometrie funktionieren perfekt auf der Erde und im Weltraum, wo der Weltraum nahe am Vakuum liegt. Am Ereignishorizont verlieren sie jedoch völlig ihre Bedeutung. Aus mathematischer Sicht ist es daher unmöglich, zu berechnen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Die Bilder, die entstehen, wenn man den Raum nach unseren Vorstellungen von der Welt krümmt, sind sicherlich weit von der Wahrheit entfernt. Es wurde lediglich festgestellt, dass die Zeit hier zu einer räumlichen Einheit wird und höchstwahrscheinlich einige weitere Dimensionen zu den bestehenden hinzugefügt werden. Dies macht es möglich zu glauben, dass sich im Inneren des Schwarzen Lochs völlig unterschiedliche Welten bilden (Foto wird dies bekanntlich nicht zeigen, da sich das Licht dort frisst). Diese Universen könnten aus Antimaterie bestehen, was Wissenschaftlern derzeit noch unbekannt ist. Es gibt auch Versionen, dass die Sphäre ohne Wiederkehr nur ein Portal ist, das entweder in eine andere Welt oder zu anderen Punkten in unserem Universum führt.

Geburt und Tod

Viel mehr als die Existenz eines Schwarzen Lochs ist seine Geburt oder sein Verschwinden. Die Kugel, die die Raumzeit verzerrt, entsteht, wie wir bereits herausgefunden haben, durch Kollaps. Dies kann die Explosion eines großen Sterns sein, die Kollision von zwei oder mehr Körpern im Weltraum und so weiter. Aber wie wurde die theoretisch fühlbare Materie zu einem Bereich der Zeitverzerrung? Das Rätsel ist in Bearbeitung. Aber es folgt eine zweite Frage – warum verschwinden solche Sphären ohne Wiederkehr? Und wenn schwarze Löcher verdampfen, warum kommt dann nicht das Licht und all die kosmische Materie, die sie angezogen haben, aus ihnen heraus? Wenn sich die Materie in der Singularitätszone auszudehnen beginnt, nimmt die Schwerkraft allmählich ab. Infolgedessen löst sich das Schwarze Loch einfach auf und der gewöhnliche Vakuum-Weltraum bleibt an seiner Stelle. Daraus folgt ein weiteres Rätsel - wo ist alles hingekommen, was hineingekommen ist?

Schwerkraft – unser Schlüssel zu einer glücklichen Zukunft?

Forscher sind zuversichtlich, dass die Energiezukunft der Menschheit von einem schwarzen Loch geformt werden kann. Was sich in diesem System befindet, ist noch unbekannt, aber es konnte festgestellt werden, dass am Ereignishorizont jede Materie in Energie umgewandelt wird, aber natürlich teilweise. Zum Beispiel wird eine Person, die sich kurz vor dem Punkt ohne Wiederkehr befindet, 10 Prozent ihrer Materie für die Verarbeitung zu Energie geben. Diese Zahl ist einfach kolossal, sie ist unter Astronomen zu einer Sensation geworden. Tatsache ist, dass auf der Erde, wenn Materie zu Energie verarbeitet wird, nur 0,7 Prozent.