سیاهچاله چیست. سیاه چاله. داخل سیاهچاله چیست؟ سیاهچاله ها چگونه می میرند

>

مرموز و نامرئی را در نظر بگیرید سیاه چاله هادر کیهان: حقایق جالب، تحقیقات انیشتین، انواع ابرپرجرم و متوسط، نظریه، ساختار.

- یکی از جالب ترین و مرموزترین اشیاء در فضای بیرونی. آنها چگالی بالایی دارند و نیروی گرانش آنقدر قوی است که حتی نور نیز نمی تواند از آن خارج شود.

برای اولین بار، آلبرت انیشتین در سال 1916، زمانی که نظریه نسبیت عام را ایجاد کرد، درباره سیاهچاله ها صحبت کرد. این اصطلاح به لطف جان ویلر در سال 1967 به وجود آمد. و اولین سیاهچاله در سال 1971 "مشخص شد".

طبقه بندی سیاهچاله ها شامل سه نوع است: سیاهچاله های جرم ستاره ای، سیاهچاله های با جرم کلان و متوسط. حتما ویدیوی مربوط به سیاهچاله ها را تماشا کنید تا با حقایق جالب زیادی آشنا شوید و با این تشکیلات مرموز کیهانی بهتر آشنا شوید.

حقایق جالب در مورد سیاهچاله ها

• اگر در داخل یک سیاهچاله هستید، گرانش شما را کش خواهد داد. اما نیازی به ترس نیست، زیرا حتی قبل از اینکه به تکینگی برسید خواهید مرد. یک مطالعه در سال 2012 نشان داد که اثرات کوانتومی افق رویداد را به دیواری از آتش تبدیل می کند که شما را به توده ای از خاکستر تبدیل می کند.
• سیاهچاله ها "مک نمی کنند". این فرآیند توسط خلاء ایجاد می شود که در این سازند وجود ندارد. بنابراین مواد فقط می افتد.
• اولین سیاهچاله Cygnus X-1 بود که توسط موشک هایی با شمارنده گایگر کشف شد. در سال 1971، دانشمندان یک سیگنال رادیویی از Cygnus X-1 دریافت کردند. این شی موضوع اختلاف کیپ تورن و استیون هاوکینگ شد. دومی معتقد بود که این یک سیاهچاله نیست. او در سال 1990 شکست خود را پذیرفت.
• سیاهچاله های کوچک می توانستند درست پس از انفجار بزرگ ظاهر شوند. فضایی که به سرعت در حال چرخش بود، برخی از نواحی را در حفره های متراکم، با جرم کمتر از خورشید فشرده کرد.
• اگر ستاره خیلی نزدیک شود، ممکن است بشکند.
• بر اساس برآوردهای کلی، حدود یک میلیارد سیاهچاله ستاره ای با جرم سه برابر خورشید وجود دارد.
• اگر نظریه ریسمان و مکانیک کلاسیک را با هم مقایسه کنیم، آنگاه اولی انواع بیشتری از غول‌های عظیم را تولید می‌کند.

خطر سیاهچاله ها

وقتی سوخت یک ستاره تمام می شود، می تواند روند خود تخریبی را آغاز کند. اگر جرم آن سه برابر خورشید باشد، هسته باقی مانده به یک ستاره نوترونی یا یک کوتوله سفید تبدیل می شود. اما ستاره بزرگتر به سیاهچاله تبدیل می شود.

چنین اجسامی کوچک هستند، اما چگالی باورنکردنی دارند. تصور کنید که در مقابل شما جسمی به اندازه یک شهر قرار دارد، اما جرم آن سه برابر خورشید است. این یک نیروی گرانشی فوق العاده عظیم ایجاد می کند که گرد و غبار و گاز را جذب می کند و اندازه آن را افزایش می دهد. شگفت زده خواهید شد، اما چند صد میلیون سیاهچاله ستاره ای را می توان در آن قرار داد.

سیاهچاله های بسیار پرجرم

البته، هیچ چیز در جهان با سیاهچاله های عظیم و وحشتناک قابل مقایسه نیست. جرم آنها میلیاردها برابر خورشید است. اعتقاد بر این است که چنین اجرامی تقریباً در هر کهکشانی وجود دارد. دانشمندان هنوز تمام پیچیدگی های فرآیند شکل گیری را نمی دانند. به احتمال زیاد، آنها به دلیل تجمع جرم از گرد و غبار و گاز اطراف رشد می کنند.

شاید آنها مقیاس خود را مدیون ادغام هزاران سیاهچاله کوچک هستند. یا کل خوشه ستاره ای ممکن است فرو بریزد.

سیاهچاله ها در مرکز کهکشان ها

اخترفیزیکدان اولگا سیلچنکو در مورد کشف یک سیاهچاله بسیار پرجرم در سحابی آندرومدا، تحقیقات جان کورمندی و اجسام گرانشی تاریک:

ماهیت منابع رادیویی کیهانی

اخترفیزیکدان آناتولی زاسوف در مورد تابش سنکروترون، سیاهچاله ها در هسته کهکشان های دور و گاز خنثی:

سیاهچاله های میانی

چندی پیش، دانشمندان نوع جدیدی را پیدا کردند - سیاهچاله هایی با جرم متوسط ​​(متوسط). آنها می توانند زمانی تشکیل شوند که ستارگان یک خوشه در یک واکنش زنجیره ای با هم برخورد کنند. در نتیجه، آنها به مرکز سقوط می کنند و سیاهچاله ای بزرگ را تشکیل می دهند.

در سال 2014، ستاره شناسان یک نوع میانی را در بازوی یک کهکشان مارپیچی کشف کردند. پیدا کردن آنها بسیار دشوار است زیرا می توانند در مکان های غیرقابل پیش بینی قرار بگیرند.

میکرو سیاهچاله ها

فیزیکدان ادوارد بوس در مورد ایمنی LHC، تولد یک میکروسیاهچاله و مفهوم غشاء:

نظریه سیاهچاله ها

سیاهچاله ها اجرام بسیار عظیمی هستند، اما فضای نسبتاً کمی را پوشش می دهند. علاوه بر این، آنها گرانش عظیمی دارند و اجازه نمی دهند اشیا (و حتی نور) قلمرو خود را ترک کنند. با این حال، آنها را نمی توان به طور مستقیم مشاهده کرد. محققان باید به تشعشعی که هنگام تغذیه یک سیاهچاله خارج می شود، روی آورند.

جالب است که این اتفاق می افتد که ماده در حال حرکت به سمت یک سیاهچاله از افق رویداد پرتاب می شود و به بیرون پرتاب می شود. در این حالت، جت های درخشان مواد تشکیل می شوند که با سرعت های نسبیتی حرکت می کنند. این گازهای گلخانه ای را می توان در فواصل طولانی ثابت کرد.

- اجرام شگفت انگیزی که در آنها نیروی گرانش آنقدر زیاد است که می تواند نور را خم کند، فضا را منحرف کند و زمان را منحرف کند.

در سیاهچاله ها سه لایه وجود دارد: افق رویداد بیرونی و درونی و تکینگی.

افق رویداد یک سیاهچاله مرزی است که نور هیچ شانسی برای فرار ندارد. به محض اینکه ذره ای از این مرز عبور کند، نمی تواند آن را ترک کند. ناحیه داخلی که جرم سیاهچاله در آن قرار دارد تکینگی نامیده می شود.

اگر از نقطه نظر مکانیک کلاسیک صحبت کنیم، هیچ چیز نمی تواند سیاهچاله را ترک کند. اما کوانتوم تصحیح خود را انجام می دهد. واقعیت این است که هر ذره ای یک پاد ذره دارد. جرم های یکسانی دارند اما بارهای متفاوتی دارند. اگر همدیگر را قطع کنند، می توانند یکدیگر را نابود کنند.

هنگامی که چنین جفتی در خارج از افق رویداد رخ می دهد، می توان یکی از آنها را به داخل کشید و دومی دفع می شود. به همین دلیل، افق می تواند کوچک شود و سیاهچاله می تواند فرو بریزد. دانشمندان همچنان در تلاش برای مطالعه این مکانیسم هستند.

برافزایش

اخترفیزیکدان سرگئی پوپوف در مورد سیاهچاله های کلان پرجرم، تشکیل سیاره و تجمع ماده در کیهان اولیه:

معروف ترین سیاهچاله ها

سوالات متداول درباره سیاهچاله ها

اگر بزرگتر باشد، پس سیاهچاله ناحیه خاصی در فضا است که در آن چنان جرم عظیمی متمرکز شده است که حتی یک جسم نمی تواند از نفوذ گرانش بگریزد. وقتی صحبت از گرانش می شود، بر نظریه نسبیت عام که آلبرت انیشتین ارائه کرده است، تکیه می کنیم. برای درک جزئیات شی مورد مطالعه قدم به قدم حرکت می کنیم.

بیایید تصور کنیم که روی سطح سیاره هستید و یک سنگ را پرتاب می کنید. اگر قدرت هالک را نداشته باشید، نمی توانید نیروی کافی را اعمال کنید. سپس سنگ تا ارتفاع معینی بالا می رود، اما تحت فشار گرانش به عقب فرو می ریزد. اگر پتانسیل پنهان مرد قوی سبز را دارید، می توانید به جسم شتاب کافی بدهید، به همین دلیل منطقه نفوذ گرانش را به طور کامل ترک می کند. به این "سرعت فرار" می گویند.

اگر به یک فرمول تقسیم شود، این سرعت به جرم سیاره بستگی دارد. هرچه بزرگتر باشد، گیره گرانشی قوی تر است. سرعت حرکت دقیقاً به جایی که هستید بستگی دارد: هر چه به مرکز نزدیک‌تر باشید، خارج شدن از آن آسان‌تر است. سرعت حرکت سیاره ما 11.2 کیلومتر بر ثانیه است اما 2.4 کیلومتر بر ثانیه است.

به جالب ترین ها نزدیک می شویم. فرض کنید یک جسم با غلظت باورنکردنی جرم دارید که در یک مکان کوچک جمع شده است. در این حالت، سرعت فرار از سرعت نور بیشتر می شود. و ما می دانیم که هیچ چیز سریعتر از این شاخص حرکت نمی کند، به این معنی که هیچ کس نمی تواند بر چنین نیرویی غلبه کند و فرار کند. حتی یک پرتو نور هم نمی تواند این کار را انجام دهد!

در قرن هجدهم، لاپلاس به تمرکز شدید جرم فکر کرد. به دنبال نسبیت عام، کارل شوارتزشیلد توانست یک راه حل ریاضی برای معادله نظریه برای توصیف یک شی مشابه پیدا کند. مشارکت های بیشتر توسط اوپنهایمر، ولکوف و اسنایدر (دهه 1930) انجام شد. از آن لحظه به بعد، مردم به طور جدی در مورد این موضوع بحث کردند. روشن شد که وقتی سوخت یک ستاره عظیم تمام می شود، قادر به مقاومت در برابر نیروی گرانش نیست و باید در یک سیاهچاله فرو بریزد.

در نظریه اینشتین، گرانش مظهر انحنای فضا و زمان است. واقعیت این است که قوانین هندسی معمول در اینجا کار نمی کنند و اجسام عظیم فضا-زمان را تحریف می کنند. یک سیاهچاله خواص عجیبی دارد، بنابراین اعوجاج آن به وضوح قابل مشاهده است. به عنوان مثال، یک شی دارای "افق رویداد" است. این سطح کره است که ویژگی سوراخ را مشخص می کند. یعنی اگر از این حد رد شوید دیگر راه برگشتی نیست.

به معنای واقعی کلمه، اینجا جایی است که سرعت فرار برابر با سرعت نور است. در خارج از این نقطه، سرعت فرار کمتر از سرعت نور است. اما اگر موشک شما قادر به شتاب گرفتن باشد، انرژی کافی برای فرار وجود خواهد داشت.

خود افق از نظر هندسی نسبتاً عجیب است. اگر دور باشید، احساس خواهید کرد که به یک سطح ثابت نگاه می کنید. اما اگر نزدیکتر شوید، متوجه می شوید که با سرعت نور به سمت بیرون حرکت می کند! اکنون می فهمم که چرا ورود آسان است، اما فرار کردن آن بسیار دشوار است. بله، این بسیار گیج کننده است، زیرا در واقع افق ثابت است، اما در عین حال با سرعت نور می شتابد. مثل وضعیت آلیس که مجبور بود با حداکثر سرعت ممکن بدود تا در جای خود بماند.

هنگام برخورد با افق، فضا و زمان چنان اعوجاج شدیدی را تجربه می‌کنند که مختصات شروع به توصیف نقش فاصله شعاعی و زمان تغییر می‌کنند. یعنی «r» که فاصله از مرکز را مشخص می کند موقتی می شود و «t» اکنون مسئول «فضایی» است. در نتیجه، شما نمی توانید با r کوچکتر حرکت را متوقف کنید، همانطور که نمی توانید در زمان عادی وارد آینده شوید. شما به یک تکینگی خواهید رسید، جایی که r = 0. می توانید موشک پرتاب کنید، موتور را تا حداکثر کار کنید، اما نمی توانید فرار کنید.

اصطلاح "سیاه چاله" توسط جان آرچیبالد ویلر ابداع شد. قبل از آن، آنها را "ستاره های خنک" می نامیدند.

فیزیکدان امیل احمدوف در مورد مطالعه سیاهچاله ها، کارل شوارتزشیلد و سیاهچاله های غول پیکر:

دو روش برای محاسبه بزرگی یک چیز وجود دارد. شما می توانید جرم را نام ببرید یا اندازه ای را که منطقه اشغال می کند. اگر معیار اول را در نظر بگیریم، هیچ محدودیت خاصی برای جرم سیاهچاله وجود ندارد. می توانید از هر مقداری استفاده کنید تا زمانی که بتوانید آن را به تراکم مناسب فشرده کنید.

بیشتر این تشکل‌ها پس از مرگ ستارگان پرجرم ظاهر شدند، بنابراین می‌توان انتظار داشت که وزن آنها معادل باشد. جرم معمولی برای چنین سوراخی باید 10 برابر بیشتر از خورشید باشد - 10 31 کیلوگرم. علاوه بر این، هر کهکشان باید یک سیاهچاله مرکزی پرجرم داشته باشد که جرم آن یک میلیون بار از خورشید بیشتر باشد - 1036 کیلوگرم.

هر چه جرم جسم بیشتر باشد، جرم بیشتری را در بر می گیرد. شعاع و جرم افق مستقیماً متناسب هستند، یعنی اگر یک سیاهچاله 10 برابر بیشتر از دیگری وزن داشته باشد، شعاع آن 10 برابر بزرگتر است. شعاع یک سوراخ با جرم خورشیدی 3 کیلومتر و اگر یک میلیون بار بزرگتر باشد، 3 میلیون کیلومتر است. به نظر می رسد که اینها چیزهای فوق العاده عظیمی هستند. اما فراموش نکنیم که برای نجوم اینها مفاهیم استانداردی هستند. شعاع خورشیدی به 700000 کیلومتر می رسد در حالی که یک سیاهچاله 4 برابر بیشتر است.

فرض کنید شانس ندارید و کشتی شما به طور اجتناب ناپذیری به سمت یک سیاهچاله بزرگ می رود. جنگیدن فایده ای ندارد. شما فقط موتورها را خاموش کردید و به سمت اجتناب ناپذیر می روید. چه انتظاری داشته باشیم؟

بیایید با بی وزنی شروع کنیم. شما در سقوط آزاد هستید، بنابراین خدمه، کشتی و تمام جزئیات بی وزن هستند. هر چه به مرکز سوراخ نزدیکتر شوید، نیروهای گرانشی جزر و مدی قوی تر احساس می شوند. به عنوان مثال، پاهای شما به مرکز نزدیکتر از سر شما هستند. سپس احساس می کنید که در حال کشیده شدن هستید. در نهایت شما فقط تکه تکه خواهید شد.

این نیروها تا زمانی که در فاصله 600000 کیلومتری مرکز قرار نگیرید نامحسوس هستند. در حال حاضر فراتر از افق است. اما ما در مورد یک شی بزرگ صحبت می کنیم. اگر در حفره ای با جرم خورشید بیفتید، نیروهای جزر و مدی شما را در فاصله 6000 کیلومتری از مرکز فرا می گیرد و قبل از رسیدن به افق شما را از هم جدا می کند (به همین دلیل است که ما شما را به یک سوراخ بزرگ می فرستیم تا بتوانید در داخل چاله بمیرید. در راه نیست).

داخلش چیه؟ من نمی خواهم ناامید شوم، اما هیچ چیز قابل توجهی نیست. برخی از اشیاء ممکن است از نظر ظاهری تحریف شده باشند و هیچ چیز غیرعادی دیگری نباشد. حتی پس از عبور از افق، چیزهایی را در اطراف خود خواهید دید که با شما حرکت می کنند.

همه اینها چقدر طول می کشد؟ همه چیز به فاصله شما بستگی دارد. به عنوان مثال، شما از یک نقطه استراحت شروع کرده اید، جایی که تکینگی 10 برابر شعاع سوراخ است. نزدیک شدن به افق فقط 8 دقیقه طول می کشد و سپس 7 ثانیه دیگر برای وارد شدن به تکینگی. اگر در یک سیاهچاله کوچک بیفتید، همه چیز سریعتر اتفاق می افتد.

به محض اینکه از افق پا می گذارید، می توانید موشک شلیک کنید، فریاد بزنید و گریه کنید. برای همه اینها 7 ثانیه فرصت دارید، تا زمانی که وارد تکینگی شوید. اما هیچ چیز نجات نخواهد داد. پس فقط از سواری لذت ببرید.

فرض کنید محکوم به فنا هستید و در یک چاله افتاده اید و دوست / دوست دختر شما از دور تماشا می کند. خوب، او چیزها را متفاوت خواهد دید. او متوجه خواهد شد که نزدیکتر به افق سرعت شما کاهش می یابد. اما اگر انسان صد سال هم بنشیند، صبر نمی کند تا به افق برسی.

بیایید سعی کنیم توضیح دهیم. یک سیاهچاله می توانست از یک ستاره در حال فروپاشی آمده باشد. از آنجایی که مواد در حال نابودی است، سیریل (بگذارید او دوست شما باشد) کاهش آن را می بیند، اما او هرگز متوجه نزدیک شدن به افق نخواهد شد. به همین دلیل است که آنها را "ستاره های یخ زده" می نامیدند، زیرا به نظر می رسد با شعاع خاصی منجمد می شوند.

موضوع چیه؟ بیایید آن را یک توهم نوری بنامیم. برای تشکیل یک سوراخ، بی نهایت و همچنین برای عبور از افق مورد نیاز نیست. با نزدیک شدن شما، نور بیشتر طول می کشد تا به سیریل برسد. برای دقیق تر بودن، تابش بلادرنگ حاصل از انتقال شما برای همیشه در افق ثابت می شود. شما در حال حاضر برای مدت طولانی از خط عبور کرده اید و کریل هنوز در حال تماشای سیگنال نور است.

یا می توانید از طرف دیگر نزدیک شوید. زمان در نزدیکی افق طولانی تر می شود. به عنوان مثال، شما یک کشتی فوق العاده قدرتمند دارید. شما توانستید به افق نزدیک شوید، چند دقیقه آنجا بمانید و زنده به کیریل بروید. چه کسی را خواهید دید؟ پیرمرد! برای شما زمان بسیار کندتر می گذشت.

پس چه چیزی درست است؟ توهم یا بازی زمان؟ همه چیز به سیستم مختصاتی که برای توصیف سیاهچاله استفاده می شود بستگی دارد. اگر به مختصات شوارتزشیلد تکیه کنیم، در هنگام عبور از افق، مختصات زمانی (t) با بی نهایت برابر می شود. اما نشانگرهای این سیستم یک نمای تار از آنچه در نزدیکی خود شی اتفاق می افتد ارائه می دهند. در خط افق، همه مختصات تحریف شده (تکینگی). اما شما می توانید از هر دو سیستم مختصات استفاده کنید، بنابراین دو پاسخ معتبر است.

در واقعیت، شما به سادگی نامرئی خواهید شد و سیریل حتی قبل از گذشت زمان زیادی، دیگر شما را نمی بیند. انتقال قرمز را فراموش نکنید. شما نور قابل مشاهده را در طول موج مشخصی ساطع می کنید، اما سیریل آن را در طول موج بلندتری خواهد دید. امواج با نزدیک شدن به افق طولانی تر می شوند. علاوه بر این، فراموش نکنید که تابش در فوتون های خاصی رخ می دهد.

به عنوان مثال، در لحظه انتقال، آخرین فوتون را ارسال خواهید کرد. در یک زمان محدود معین (حدود یک ساعت برای یک سیاهچاله بسیار پرجرم) به سیریل خواهد رسید.

البته که نه. وجود افق رویداد را فراموش نکنید. فقط از این منطقه نمی توانید خارج شوید. کافی است به او نزدیک نشوید و احساس آرامش کنید. علاوه بر این، از فاصله ای امن، این شی برای شما معمولی ترین به نظر می رسد.

پارادوکس اطلاعاتی هاوکینگ

فیزیکدان امیل احمدوف در مورد تأثیر گرانش بر امواج الکترومغناطیسی، پارادوکس اطلاعاتی سیاهچاله ها و اصل پیش بینی پذیری در علم:

نترسید، زیرا خورشید هرگز به چنین جسمی تبدیل نمی شود، زیرا به سادگی جرم کافی ندارد. علاوه بر این، ظاهر فعلی خود را تا 5 میلیارد سال دیگر حفظ خواهد کرد. سپس به مرحله غول سرخ می رود و عطارد، زهره را جذب می کند و سیاره ما را به خوبی سرخ می کند و سپس به یک کوتوله سفید معمولی تبدیل می شود.

اما بیایید به فانتزی بپردازیم. بنابراین خورشید تبدیل به سیاهچاله شد. برای شروع، تاریکی و سرما بلافاصله ما را فرا خواهد گرفت. زمین و سیارات دیگر به داخل سوراخ مکیده نخواهند شد. آنها در مدارهای معمولی به دور جسم جدید می چرخند. چرا؟ زیرا افق تنها به 3 کیلومتر خواهد رسید و گرانش قادر به انجام کاری با ما نخواهد بود.

آره. طبیعتاً نمی‌توانیم به مشاهدات مرئی تکیه کنیم، زیرا نور قادر به فرار نیست. اما شواهد غیرمستقیم وجود دارد. به عنوان مثال، منطقه ای را می بینید که ممکن است یک سیاهچاله وجود داشته باشد. چگونه آن را بررسی کنیم؟ با اندازه گیری وزن خود شروع کنید. اگر می توانید ببینید که مقدار زیادی از آن در یک منطقه وجود دارد یا به نظر می رسد نامرئی است، پس در مسیر درستی هستید. دو نقطه جستجو وجود دارد: مرکز کهکشانی و سیستم های دوتایی اشعه ایکس.

بنابراین، اجرام مرکزی عظیم در 8 کهکشان یافت شدند که جرم هسته آنها از یک میلیون تا یک میلیارد خورشیدی است. جرم با مشاهده سرعت چرخش ستارگان و گاز به دور مرکز محاسبه می شود. هر چه سریعتر، جرم بیشتری باید داشته باشد تا آنها را در مدار نگه دارد.

این اجرام عظیم به دو دلیل سیاهچاله در نظر گرفته می شوند. خوب، به سادگی هیچ گزینه دیگری وجود ندارد. هیچ چیز عظیم تر، تاریک تر و فشرده تر وجود ندارد. علاوه بر این، این نظریه وجود دارد که همه کهکشان های فعال و بزرگ چنین هیولایی را در مرکز خود پنهان کرده اند. با این حال، این 100٪ اثبات نیست.

اما دو یافته اخیر به نفع این نظریه است. در نزدیکی نزدیکترین کهکشان فعال، یک سیستم "میزر آب" (منبع قدرتمند تشعشعات مایکروویو) در نزدیکی هسته مشاهده شد. دانشمندان با استفاده از یک تداخل سنج، توزیع سرعت گاز را نشان دادند. یعنی سرعت را در نیم سال نوری در مرکز کهکشان اندازه گرفتند. این به آنها کمک کرد تا بفهمند که یک جسم عظیم در داخل وجود دارد که شعاع آن به نیم سال نوری می رسد.

یافته دوم حتی قانع کننده تر است. با استفاده از اشعه ایکس، محققان به طور تصادفی به خط طیفی هسته کهکشانی رسیدند که نشان دهنده وجود اتم های نزدیک است که سرعت آن فوق العاده بالا است (1/3 سرعت نور). علاوه بر این، تابش با انتقال به سرخ مطابقت دارد که با افق سیاهچاله مطابقت دارد.

کلاس دیگری را می توان در کهکشان راه شیری یافت. اینها سیاهچاله های ستاره ای هستند که پس از یک انفجار ابرنواختری شکل می گیرند. اگر آنها به طور جداگانه وجود داشتند، پس حتی نزدیک به ما به سختی متوجه آن می شدیم. اما ما خوش شانس هستیم، زیرا بیشتر آنها در سیستم های باینری وجود دارند. یافتن آنها آسان است، زیرا سیاهچاله جرم همسایه خود را می کشد و با گرانش روی آن تأثیر می گذارد. ماده "پاره شده" یک دیسک برافزایشی را تشکیل می دهد که در آن همه چیز گرم می شود، به این معنی که تشعشع قوی ایجاد می کند.

فرض کنید موفق به یافتن یک سیستم باینری شده اید. چگونه بفهمیم که یک جسم فشرده سیاهچاله است؟ دوباره به توده ها روی می آوریم. برای انجام این کار، سرعت مداری یک ستاره همسایه را اندازه گیری کنید. اگر جرم برای چنین اندازه کوچکی فوق العاده بزرگ است، دیگر گزینه ای وجود ندارد.

این یک مکانیسم پیچیده است. استیون هاوکینگ موضوع مشابهی را در دهه 1970 مطرح کرد. او گفت که سیاهچاله ها دقیقاً «سیاه» نیستند. اثرات مکانیکی کوانتومی وجود دارد که باعث ایجاد تشعشع می شود. به تدریج، سوراخ شروع به کوچک شدن می کند. سرعت تابش با کاهش جرم افزایش می یابد، بنابراین سوراخ بیشتر تابش می کند و روند انقباض را تسریع می کند تا زمانی که حل شود.

با این حال، این فقط یک طرح نظری است، زیرا هیچ کس نمی تواند دقیقاً بگوید که در آخرین مرحله چه اتفاقی می افتد. برخی فکر می کنند که ردپایی کوچک اما پایدار باقی مانده است. نظریه های مدرن هنوز چیزی بهتر از این را ارائه نکرده اند. اما خود این فرآیند باورنکردنی و پیچیده است. محاسبه پارامترها در یک فضا-زمان منحنی ضروری است و خود نتایج تحت شرایط معمول قابل تأیید نیستند.

در اینجا می توانید از قانون بقای انرژی استفاده کنید، اما فقط برای مدت زمان کوتاه. جهان می تواند انرژی و جرم را از ابتدا ایجاد کند، اما آنها باید به سرعت ناپدید شوند. یکی از مظاهر آن نوسانات خلاء است. جفت ذرات و پادذرات از ناکجاآباد رشد می کنند، برای مدت کوتاهی وجود دارند و در نابودی متقابل از بین می روند. هنگامی که آنها ظاهر می شوند، تعادل انرژی مختل می شود، اما همه چیز پس از ناپدید شدن دوباره بازسازی می شود. فوق العاده به نظر می رسد، اما این مکانیسم به طور تجربی تایید شده است.

فرض کنید یکی از نوسانات خلاء در نزدیکی افق یک سیاهچاله عمل می کند. شاید یکی از ذرات به داخل سقوط کند، در حالی که ذره دوم فرار کند. فرد فراری بخشی از انرژی سوراخ را با خود می برد و می تواند به چشم ناظر بیفتد. برای او به نظر می رسد که جسم تاریک به سادگی یک ذره را آزاد کرده است. اما این روند دوباره تکرار می شود و ما شاهد جریان پیوسته تابش از سیاهچاله هستیم.

قبلاً گفتیم که برای سیریل به نظر می رسد که برای گذر از خط افق به بی نهایت نیاز دارید. علاوه بر این، ذکر شد که سیاهچاله ها پس از یک بازه زمانی محدود تبخیر می شوند. پس وقتی به افق رسیدید، سوراخ ناپدید می شود؟

خیر وقتی مشاهدات کریل را شرح دادیم، در مورد فرآیند تبخیر صحبت نکردیم. اما، اگر این روند وجود داشته باشد، همه چیز تغییر می کند. دوست شما دقیقاً در لحظه تبخیر، پرواز شما را بر فراز افق خواهد دید. چرا؟

سیریل تحت سلطه یک توهم نوری است. نور ساطع شده در افق رویداد زمان زیادی طول می کشد تا به یک دوست برسد. اگر سوراخ برای همیشه ادامه یابد، نور می تواند به طور نامحدود حرکت کند و کریل منتظر انتقال نخواهد ماند. اما، اگر سوراخ تبخیر شده باشد، هیچ چیز نور را متوقف نمی کند و در لحظه انفجار تشعشع به آن مرد می رسد. اما تو دیگر اهمیتی نمی دهی، زیرا مدت ها پیش در تکینگی مرده ای.

یک ویژگی جالب در فرمول های نظریه نسبیت عام وجود دارد - تقارن در زمان. به عنوان مثال، در هر معادله ای، می توانید تصور کنید که زمان به سمت عقب جریان می یابد و راه حلی متفاوت، اما هنوز درست است. اگر این اصل را در مورد سیاهچاله ها اعمال کنیم، سفیدچاله متولد می شود.

سیاهچاله ناحیه خاصی است که هیچ چیز نمی تواند از آن فرار کند. اما گزینه دوم یک سفیدچاله است که هیچ چیز نمی تواند در آن بیفتد. در واقع همه چیز را دفع می کند. اگرچه از نظر ریاضی همه چیز صاف به نظر می رسد، اما این وجود آنها را در طبیعت ثابت نمی کند. به احتمال زیاد، آنها نیستند، و همچنین راهی برای پیدا کردن.

تا این مرحله، ما در مورد کلاسیک سیاه چاله صحبت می کردیم. آنها نمی چرخند و فاقد بار الکتریکی هستند. اما در نسخه مخالف، جالب ترین شروع می شود. به عنوان مثال، می توانید داخل شوید اما از تکینگی اجتناب کنید. علاوه بر این، "درون" آن قادر به تماس با سفیدچاله است. یعنی خود را در نوعی تونل خواهید دید که سیاهچاله ورودی است و سفیدچاله خروجی. به چنین ترکیبی کرمچاله می گویند.

جالب اینجاست که یک سفیدچاله می تواند در هر جایی باشد، حتی در جهان دیگری. اگر بتوانیم چنین کرم چاله هایی را مدیریت کنیم، حمل و نقل سریع به هر منطقه ای از فضا را ارائه خواهیم کرد. و حتی خنک تر - امکان سفر در زمان.

اما تا زمانی که چند چیز را ندانید، کوله پشتی خود را نبندید. متأسفانه احتمال اینکه چنین تشکل هایی وجود نداشته باشد زیاد است. قبلاً گفتیم که سفیدچاله‌ها نتیجه‌گیری از فرمول‌های ریاضی هستند و نه یک شی واقعی و تأیید شده. و تمام سیاهچاله های مشاهده شده سقوط ماده را ایجاد می کنند و کرمچاله تشکیل نمی دهند. و نقطه پایانی تکینگی است.

با وجود دستاوردهای عظیم در زمینه فیزیک و نجوم، پدیده های بسیاری وجود دارد که ماهیت آنها به طور کامل افشا نشده است. این پدیده‌ها شامل سیاه‌چاله‌های مرموز می‌شوند که تمام اطلاعات مربوط به آن‌ها فقط تئوری است و در عمل قابل تأیید نیست.

آیا سیاهچاله ها وجود دارند؟

حتی قبل از ظهور نظریه نسبیت، ستاره شناسان نظریه وجود قیف سیاه را بیان کردند. پس از انتشار نظریه انیشتین، موضوع گرانش تجدید نظر شد و فرضیات جدیدی در مسئله سیاهچاله ها ظاهر شد. دیدن این شی فضایی غیر واقعی است، زیرا تمام نوری را که وارد فضای خود می شود جذب می کند. دانشمندان بر اساس تجزیه و تحلیل حرکت گازهای بین ستاره ای و مسیر حرکت ستارگان، وجود سیاهچاله ها را اثبات می کنند.

تشکیل سیاهچاله ها منجر به تغییر ویژگی های فضا-زمان اطراف آنها می شود. به نظر می رسد زمان تحت تأثیر گرانش عظیم کوچک می شود و کند می شود. ستارگانی که در مسیر قیف سیاه قرار می گیرند ممکن است از مسیر خود منحرف شوند و حتی جهت خود را تغییر دهند. سیاهچاله ها انرژی ستاره دوقلوی خود را جذب می کنند که خود را نیز نشان می دهد.

سیاهچاله چه شکلی است؟

بسیاری از اطلاعات در مورد سیاهچاله ها فرضی است. دانشمندان آنها را از طریق تأثیر آنها بر فضا و تشعشع مطالعه می کنند. دیدن سیاهچاله ها در کیهان امکان پذیر نیست، زیرا آنها تمام نور ورودی به فضای مجاور را جذب می کنند. از ماهواره های مخصوص، تصویر اشعه ایکس از اجسام سیاه رنگ ساخته شده است که بر روی آن یک مرکز روشن قابل مشاهده است که منبع تابش پرتوها است.

سیاهچاله ها چگونه تشکیل می شوند؟

سیاهچاله در فضا دنیایی مجزا است که ویژگی ها و ویژگی های منحصر به فرد خود را دارد. خواص سوراخ های کیهانی با دلایل ظاهر آنها تعیین می شود. در مورد ظاهر اجسام سیاه، چنین نظریه هایی وجود دارد:

1. آنها نتیجه فروپاشی های رخ داده در فضا هستند. این می تواند برخورد اجسام بزرگ کیهانی یا انفجار ابرنواختر باشد.
2. آنها به دلیل وزن اشیاء فضایی در حالی که اندازه خود را حفظ می کنند به وجود می آیند. دلیل این پدیده مشخص نشده است.

قیف سیاه جسمی در فضا است که اندازه نسبتاً کوچک با جرم عظیمی دارد. نظریه سیاهچاله می گوید که هر جسم کیهانی به طور بالقوه می تواند به یک قیف سیاه تبدیل شود اگر در نتیجه برخی پدیده ها اندازه خود را از دست بدهد، اما جرم خود را حفظ کند. دانشمندان حتی در مورد وجود بسیاری از ریزچاله های سیاه - اجرام فضایی مینیاتوری با جرم نسبتاً بزرگ صحبت می کنند. این اختلاف بین جرم و اندازه منجر به افزایش میدان گرانشی و ظهور یک جاذبه قوی می شود.

در سیاهچاله چیست؟

یک شی مرموز سیاه را فقط می توان سوراخی با کشش بزرگ نامید. مرکز این پدیده یک جسم کیهانی با گرانش افزایش یافته است. نتیجه چنین گرانشی یک جاذبه قوی به سطح این جسم کیهانی است. در این حالت یک جریان گردابی تشکیل می شود که در آن گازها و دانه های غبار کیهانی می چرخند. بنابراین سیاهچاله را به درستی قیف سیاه می نامند.

در عمل نمی توان فهمید که چه چیزی در داخل یک سیاهچاله وجود دارد، زیرا سطح گرانش قیف کیهانی اجازه نمی دهد هیچ جسمی از منطقه نفوذ خود فرار کند. به گفته دانشمندان، تاریکی کامل درون یک سیاهچاله وجود دارد، زیرا کوانتوم های نور به طور غیرقابل برگشتی در آن ناپدید می شوند. فرض بر این است که فضا و زمان در داخل قیف سیاه تحریف شده است، قوانین فیزیک و هندسه در این مکان اعمال نمی شود. چنین ویژگی هایی از سیاهچاله ها احتمالاً می تواند منجر به تشکیل پادماده شود که در حال حاضر برای دانشمندان ناشناخته است.

چرا سیاهچاله ها خطرناک هستند؟

گاهی اوقات سیاهچاله ها به عنوان اجسامی توصیف می شوند که اشیاء اطراف، تشعشع و ذرات را جذب می کنند. این دیدگاه نادرست است: ویژگی‌های یک سیاه‌چاله به آن اجازه می‌دهد فقط آنچه را که در منطقه نفوذش قرار دارد جذب کند. می تواند ریزذرات کیهانی و تابش ستاره های دوقلو را جذب کند. حتی اگر سیاره نزدیک سیاهچاله باشد، جذب نمی شود، بلکه به حرکت در مدار خود ادامه می دهد.

اگر در سیاهچاله بیفتید چه اتفاقی می افتد؟

خواص سیاهچاله ها به قدرت میدان گرانشی بستگی دارد. قیف های سیاه هر چیزی را که در منطقه نفوذ آنها قرار می گیرد به سمت خود جذب می کنند. در همان زمان، ویژگی های مکانی-زمانی تغییر می کند. دانشمندانی که همه چیز را در مورد سیاهچاله ها مطالعه می کنند، در مورد اتفاقاتی که در این قیف روی می دهد، اختلاف نظر دارند:

• برخی از دانشمندان پیشنهاد می کنند که تمام اجسامی که در این سوراخ ها می افتند کشیده یا تکه تکه می شوند و زمانی برای رسیدن به سطح جسم جذب کننده ندارند.
• دانشمندان دیگر استدلال می کنند که تمام ویژگی های معمول در سوراخ ها خم می شوند، بنابراین به نظر می رسد اشیاء در آنجا در زمان و مکان ناپدید می شوند. به همین دلیل گاهی سیاهچاله ها را دروازه ورود به دنیاهای دیگر می نامند.

انواع سیاهچاله ها

قیف های سیاه بر اساس روش تشکیل آنها به انواع مختلفی تقسیم می شوند:

1. اجرام توده ستاره ای سیاه در پایان عمر برخی از ستارگان متولد می شوند. احتراق کامل ستاره و پایان واکنش های گرما هسته ای منجر به فشردگی ستاره می شود. اگر در همان زمان ستاره دچار یک فروپاشی گرانشی شود، می تواند به یک قیف سیاه تبدیل شود.
2. قیف سیاه فوق العاده حجیم. دانشمندان می گویند که هسته هر کهکشانی یک قیف پرجرم است که تشکیل آن آغازی برای ظهور یک کهکشان جدید است.
3. سیاهچاله های اولیه. این ممکن است شامل سوراخ هایی با جرم های مختلف باشد، از جمله ریزچاله هایی که به دلیل اختلاف در چگالی ماده و قدرت گرانش ایجاد شده اند. چنین سوراخ هایی قیف هایی هستند که در ابتدای تولد کیهان شکل گرفته اند. این شامل اجسامی مانند سیاهچاله مودار نیز می شود. این سوراخ ها در حضور پرتوهایی که شبیه مو هستند متفاوت هستند. فرض بر این است که این فوتون ها و گراویتون ها بخشی از اطلاعاتی را که در سیاهچاله می افتند ذخیره می کنند.
4. سیاهچاله های کوانتومی. آنها در نتیجه واکنش های هسته ای ظاهر می شوند و برای مدت کوتاهی زندگی می کنند. قیف‌های کوانتومی بیشترین علاقه را دارند، زیرا مطالعه آن‌ها می‌تواند به پاسخ به سؤالات مربوط به مشکل اجرام فضای سیاه کمک کند.
5. برخی از دانشمندان این نوع اجرام فضایی را که یک سیاهچاله مودار است، تشخیص می دهند. این سوراخ ها در حضور پرتوهایی که شبیه مو هستند متفاوت هستند. فرض بر این است که این فوتون ها و گراویتون ها بخشی از اطلاعاتی را که در سیاهچاله می افتند ذخیره می کنند.

نزدیکترین سیاهچاله به زمین

نزدیکترین سیاهچاله 3000 سال نوری از زمین فاصله دارد. نام آن V616 Monocerotis یا V616 Mon است. وزن آن به 9-13 جرم خورشید می رسد. شریک دوتایی این حفره ستاره ای به اندازه نصف جرم خورشید است. یکی دیگر از قیف های نسبتا نزدیک به زمین Cygnus X-1 است. در فاصله 6 هزار سال نوری از زمین قرار دارد و وزن آن 15 برابر بیشتر از خورشید است. این سیاهچاله همچنین شریک دوتایی خود را دارد که حرکت آن به ردیابی تأثیر Cygnus X-1 کمک می کند.

سیاهچاله ها - حقایق جالب

دانشمندان در مورد اجسام سیاه چنین حقایق جالبی صحبت می کنند:

1. اگر در نظر بگیریم که این اجرام مرکز کهکشان ها هستند، برای یافتن بزرگترین قیف، باید بزرگترین کهکشان را پیدا کنید. بنابراین، بزرگترین سیاهچاله در جهان قیفی است که در کهکشان IC 1101 در مرکز خوشه آبل 2029 قرار دارد.
2. اجسام سیاه در واقع شبیه اجسام چند رنگ هستند. دلیل این امر در تابش رادیویی مغناطیسی آنها نهفته است.
3. هیچ قانون فیزیکی یا ریاضی دائمی در وسط یک سیاهچاله وجود ندارد. همه چیز به جرم سوراخ و میدان گرانشی آن بستگی دارد.
4. قیف های سیاه به تدریج تبخیر می شوند.
5. وزن قیف های سیاه می تواند به اندازه های باورنکردنی برسد. بزرگترین سیاهچاله دارای جرم 30 میلیون خورشیدی است.

با توجه به افزایش نسبتاً اخیر علاقه به ساخت فیلم های علمی عامه پسند درباره اکتشاف فضا، بیننده مدرن در مورد پدیده هایی مانند تکینگی یا سیاهچاله چیزهای زیادی شنیده است. با این حال، بدیهی است که فیلم‌ها ماهیت کامل این پدیده‌ها را آشکار نمی‌کنند و گاهی حتی نظریه‌های علمی ساخته‌شده را برای تأثیر بیشتر تحریف می‌کنند. به همین دلیل، تصور بسیاری از افراد مدرن در مورد این پدیده ها یا کاملاً سطحی است یا کاملاً اشتباه. یکی از راه حل های مشکل پیش آمده این مقاله است که در آن سعی خواهیم کرد به نتایج تحقیقات موجود پی ببریم و به این سوال پاسخ دهیم که سیاهچاله چیست؟

در سال 1784، جان میشل، کشیش و طبیعت‌شناس انگلیسی، برای اولین بار در نامه‌ای به انجمن سلطنتی از جسم عظیم فرضی‌ای نام برد که دارای جاذبه گرانشی بسیار قوی است که دومین سرعت کیهانی برای آن از سرعت نور فراتر می‌رود. دومین سرعت کیهانی سرعتی است که یک جسم نسبتا کوچک برای غلبه بر جاذبه گرانشی یک جرم آسمانی و فراتر رفتن از مدار بسته به دور این جسم به آن نیاز دارد. بر اساس محاسبات او، جسمی با چگالی خورشید و شعاع 500 شعاع خورشیدی روی سطح خود سرعت کیهانی دومی برابر با سرعت نور خواهد داشت. در این صورت حتی نور نیز از سطح چنین جسمی خارج نمی شود و بنابراین این جسم فقط نور ورودی را جذب می کند و برای ناظر نامرئی می ماند - نوعی لکه سیاه در پس زمینه فضای تاریک.

با این حال، مفهوم یک جسم بزرگ که توسط میشل پیشنهاد شد، تا زمان کار انیشتین مورد توجه قرار نگرفت. به یاد بیاورید که دومی سرعت نور را به عنوان سرعت محدود کننده انتقال اطلاعات تعریف کرد. علاوه بر این، انیشتین نظریه گرانش را برای سرعت های نزدیک به سرعت نور گسترش داد (). در نتیجه، دیگر کاربرد نظریه نیوتنی در مورد سیاهچاله ها مهم نبود.

معادله انیشتین

در نتیجه اعمال نسبیت عام برای سیاهچاله ها و حل معادلات اینشتین، پارامترهای اصلی یک سیاهچاله آشکار شد که تنها سه مورد از آنها وجود دارد: جرم، بار الکتریکی و تکانه زاویه ای. باید به سهم قابل توجه اخترفیزیکدان هندی، سوبرامانیان چاندراسخار، که یک تک نگاری بنیادی ایجاد کرد، اشاره کرد: "نظریه ریاضی سیاهچاله ها".

بنابراین، حل معادلات اینشتین با چهار گزینه برای چهار نوع احتمالی سیاهچاله نشان داده می شود:

• سیاهچاله بدون چرخش و بدون بار راه حل شوارتزشیلد است. یکی از اولین توصیفات سیاهچاله (1916) با استفاده از معادلات اینشتین، اما بدون در نظر گرفتن دو پارامتر از سه پارامتر جسم. راه حل فیزیکدان آلمانی کارل شوارتزشیلد به شما امکان می دهد میدان گرانشی خارجی یک جسم عظیم کروی را محاسبه کنید. یکی از ویژگی های مفهوم دانشمند آلمانی از سیاهچاله ها وجود افق رویداد و افق پشت آن است. شوارتزشیلد همچنین برای اولین بار شعاع گرانشی را که نام او را دریافت کرد، محاسبه کرد که شعاع کره ای را که افق رویداد در آن قرار می گیرد برای جسمی با جرم معین تعیین می کند.
• سیاهچاله بدون چرخش با بار، راه حل Reisner-Nordström است. راه حلی که در سال های 1916-1918 با در نظر گرفتن بار الکتریکی احتمالی یک سیاهچاله ارائه شد. این بار نمی تواند خودسرانه زیاد باشد و به دلیل دافعه الکتریکی حاصل محدود می شود. دومی باید با جاذبه گرانشی جبران شود.
• یک سیاهچاله با چرخش و بدون بار - راه حل کر (1963). سیاهچاله چرخان کر با وجود به اصطلاح ارگوسفر با سیاهچاله ایستا متفاوت است (در مورد این و سایر اجزای سیاهچاله بیشتر بخوانید).
• BH با چرخش و شارژ - محلول Kerr-Newman. این راه حل در سال 1965 محاسبه شد و در حال حاضر کامل ترین راه حل است، زیرا هر سه پارامتر BH را در نظر می گیرد. با این حال، هنوز فرض بر این است که سیاهچاله ها در طبیعت دارای بار ناچیز هستند.

تشکیل یک سیاهچاله

نظریه های متعددی در مورد چگونگی تشکیل و پیدایش سیاهچاله وجود دارد که معروف ترین آنها ظهور ستاره ای با جرم کافی در نتیجه فروپاشی گرانشی است. چنین فشرده‌سازی می‌تواند به تکامل ستاره‌هایی با جرم بیش از سه جرم خورشید پایان دهد. پس از اتمام واکنش‌های گرما هسته‌ای در چنین ستارگانی، آنها به سرعت شروع به کوچک شدن می‌کنند و به یک ستاره فوق متراکم تبدیل می‌شوند. اگر فشار گاز یک ستاره نوترونی نتواند نیروهای گرانشی را جبران کند، یعنی جرم ستاره به اصطلاح بر آن غلبه می کند. اوپنهایمر-ولکوف محدود می شود، سپس فروپاشی ادامه می یابد و باعث می شود ماده به یک سیاهچاله کوچک شود.

سناریوی دوم که تولد یک سیاهچاله را توصیف می کند، فشرده سازی گاز پیش کهکشانی است، یعنی گاز بین ستاره ای که در مرحله تبدیل شدن به کهکشان یا نوعی خوشه است. در صورت ناکافی بودن فشار داخلی برای جبران نیروهای گرانشی یکسان، یک سیاهچاله ممکن است ایجاد شود.

دو سناریو دیگر همچنان فرضی است:

• وقوع یک سیاهچاله در نتیجه - به اصطلاح. سیاهچاله های اولیه
• وقوع در نتیجه واکنش های هسته ای در انرژی های بالا. نمونه ای از این واکنش ها آزمایش بر روی برخورددهنده ها است.

ساختار و فیزیک سیاهچاله ها

ساختار سیاهچاله به گفته شوارتزشیلد تنها شامل دو عنصر است که قبلاً ذکر شد: تکینگی و افق رویداد یک سیاهچاله. به طور خلاصه در مورد تکینگی می توان به این نکته اشاره کرد که ترسیم یک خط مستقیم از آن غیرممکن است و همچنین اکثر نظریه های فیزیکی موجود در داخل آن کار نمی کنند. بنابراین، فیزیک تکینگی امروزه برای دانشمندان یک راز باقی مانده است. یک سیاهچاله یک مرز مشخص است که از آن عبور می کند، یک جسم فیزیکی توانایی بازگشت به خارج از محدوده خود را از دست می دهد و به طور واضح در تکینگی یک سیاهچاله می افتد.

ساختار یک سیاهچاله در مورد راه حل کر، یعنی در حضور چرخش BH، تا حدودی پیچیده تر می شود. راه حل کر نشان می دهد که سوراخ دارای ارگوسفر است. ارگوسفر - ناحیه خاصی در خارج از افق رویداد قرار دارد که در داخل آن همه اجسام در جهت چرخش سیاهچاله حرکت می کنند. این منطقه هنوز هیجان انگیز نیست و بر خلاف افق رویداد امکان ترک آن وجود دارد. ارگوسفر احتمالاً نوعی آنالوگ از یک دیسک برافزایشی است که نشان دهنده یک ماده در حال چرخش در اطراف اجسام عظیم است. اگر سیاهچاله ایستا شوارتزشیلد به صورت یک کره سیاه نشان داده شود، سیاهچاله کری، به دلیل وجود ارگوسفر، به شکل یک بیضوی مایل است، که به شکل آن اغلب سیاهچاله ها را در نقاشی های قدیم می دیدیم. فیلم یا بازی های ویدیویی

• وزن یک سیاهچاله چقدر است؟ - بزرگترین ماده نظری در مورد ظاهر سیاهچاله برای سناریوی ظهور آن در نتیجه فروپاشی یک ستاره در دسترس است. در این حالت، حداکثر جرم یک ستاره نوترونی و حداقل جرم یک سیاهچاله با حد Oppenheimer - Volkov تعیین می شود که بر اساس آن حد پایین جرم BH 2.5 - 3 جرم خورشیدی است. سنگین ترین سیاهچاله ای که تاکنون کشف شده است (در کهکشان NGC 4889) جرمی برابر با 21 میلیارد خورشید دارد. با این حال، نباید سیاهچاله‌ها را فراموش کرد که به طور فرضی ناشی از واکنش‌های هسته‌ای در انرژی‌های بالا، مانند واکنش‌های برخوردکننده‌ها هستند. جرم چنین سیاه‌چاله‌های کوانتومی، به عبارت دیگر «سیاهچاله‌های پلانک» در حد 2 10-5 گرم است.
• اندازه سیاهچاله حداقل شعاع BH را می توان از حداقل جرم (2.5 تا 3 جرم خورشیدی) محاسبه کرد. اگر شعاع گرانشی خورشید، یعنی منطقه ای که افق رویداد در آن قرار دارد، حدود 2.95 کیلومتر باشد، حداقل شعاع BH با جرم 3 خورشیدی، حدود نه کیلومتر خواهد بود. وقتی صحبت از اجسام عظیمی می شود که همه چیز اطراف را به خود جذب می کنند، چنین اندازه های نسبتاً کوچکی در سر جای نمی گیرند. با این حال، برای سیاهچاله های کوانتومی، شعاع 35-10- متر است.
• چگالی متوسط ​​یک سیاهچاله به دو پارامتر بستگی دارد: جرم و شعاع. چگالی یک سیاهچاله با جرم حدوداً سه جرم خورشیدی حدود 6 · 10 26 کیلوگرم بر متر مکعب است، در حالی که چگالی آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است. با این حال، چنین سیاهچاله های کوچکی توسط دانشمندان پیدا نشده است. بیشتر BH های کشف شده دارای جرمی بیش از 105 جرم خورشیدی هستند. الگوی جالبی وجود دارد که بر اساس آن هرچه جرم سیاهچاله بیشتر باشد، چگالی آن کمتر است. در این حالت، تغییر جرم با 11 مرتبه بزرگی مستلزم تغییر در چگالی به اندازه 22 مرتبه قدر است. بنابراین، یک سیاهچاله با جرم 1 · 10 9 جرم خورشیدی دارای چگالی 18.5 کیلوگرم بر متر مکعب است که یک چگالی کمتر از چگالی طلا است. و سیاهچاله هایی با جرم بیش از 10 10 جرم خورشیدی می توانند چگالی متوسط ​​کمتر از چگالی هوا داشته باشند. بر اساس این محاسبات، منطقی است که فرض کنیم تشکیل سیاهچاله نه به دلیل فشردگی ماده، بلکه در نتیجه انباشته شدن مقدار زیادی ماده در حجم معینی رخ می دهد. در مورد سیاهچاله های کوانتومی، چگالی آنها می تواند حدود 1094 کیلوگرم بر متر مکعب باشد.
• دمای یک سیاهچاله نیز با جرم آن نسبت معکوس دارد. این دما رابطه مستقیمی با . طیف این تابش با طیف یک جسم کاملا سیاه، یعنی جسمی که تمام تشعشعات فرودی را جذب می کند، منطبق است. طیف تابش یک جسم سیاه فقط به دمای آن بستگی دارد، سپس دمای سیاهچاله را می توان از طیف تابش هاوکینگ تعیین کرد. همانطور که در بالا ذکر شد، این تابش هر چه قوی تر باشد، سیاهچاله کوچکتر است. در عین حال، تابش هاوکینگ فرضی باقی می ماند، زیرا هنوز توسط ستاره شناسان مشاهده نشده است. از این نتیجه می شود که اگر تابش هاوکینگ وجود داشته باشد، دمای BH های مشاهده شده به قدری پایین است که به شخص اجازه نمی دهد تابش مشخص شده را تشخیص دهد. بر اساس محاسبات، حتی دمای یک سوراخ با جرمی برابر جرم خورشید بسیار ناچیز است (1 10-7 کلوین یا -272 درجه سانتیگراد). دمای سیاهچاله های کوانتومی می تواند به حدود 1012 کلوین برسد و با تبخیر سریع آنها (حدود 1.5 دقیقه)، چنین سیاهچاله هایی می توانند انرژی در حد ده میلیون بمب اتمی ساطع کنند. اما خوشبختانه، ایجاد چنین اجسام فرضی به انرژی 10 14 برابر بیشتر از آنچه امروز در برخورد دهنده بزرگ هادرون به دست می آید، نیاز دارد. علاوه بر این، چنین پدیده هایی هرگز توسط ستاره شناسان مشاهده نشده است.

CHD از چه چیزی ساخته شده است؟

سوال دیگری هم دانشمندان و هم کسانی را که به سادگی به اخترفیزیک علاقه دارند نگران می کند - سیاهچاله از چه چیزی تشکیل شده است؟ هیچ پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد، زیرا نمی توان به فراتر از افق رویداد اطراف هر سیاهچاله نگاه کرد. علاوه بر این، همانطور که قبلا ذکر شد، مدل های نظری یک سیاهچاله تنها 3 جزء آن را ارائه می دهند: ارگوسفر، افق رویداد، و تکینگی. منطقی است که فرض کنیم در ارگوسفر فقط آن دسته از اجرام وجود دارند که توسط سیاهچاله جذب شده اند و اکنون به دور آن می چرخند - انواع مختلف اجسام کیهانی و گازهای کیهانی. افق رویداد فقط یک مرز ضمنی نازک است، زمانی که فراتر از آن، همان اجرام کیهانی به طور غیرقابل برگشتی به سمت آخرین جزء اصلی سیاهچاله - تکینگی جذب می شوند. ماهیت تکینگی امروزه مورد مطالعه قرار نگرفته است و هنوز زود است که درباره ترکیب آن صحبت کنیم.

بر اساس برخی فرضیات، یک سیاهچاله ممکن است از نوترون تشکیل شده باشد. اگر سناریوی وقوع سیاهچاله را در نتیجه فشردگی یک ستاره به یک ستاره نوترونی با فشردگی بعدی آن دنبال کنیم، احتمالاً قسمت اصلی سیاهچاله از نوترون ها تشکیل شده است که ستاره نوترونی از آن جمله است. خود را تشکیل می دهد. به عبارت ساده: هنگامی که یک ستاره فرو می ریزد، اتم های آن به گونه ای فشرده می شوند که الکترون ها با پروتون ها ترکیب می شوند و در نتیجه نوترون تشکیل می دهند. چنین واکنشی واقعاً در طبیعت رخ می دهد، با تشکیل یک نوترون، انتشار نوترینو رخ می دهد. با این حال، اینها فقط حدس و گمان هستند.

اگر در سیاهچاله بیفتید چه اتفاقی می افتد؟

افتادن در یک سیاهچاله اخترفیزیکی منجر به کشیدگی بدن می شود. فضانوردی فرضی خودکشی را در نظر بگیرید که در حال رفتن به سیاهچاله است و چیزی جز لباس فضایی به تن ندارد، ابتدا پاها. با عبور از افق رویداد، فضانورد با وجود اینکه دیگر فرصتی برای بازگشت ندارد، متوجه هیچ تغییری نخواهد شد. در نقطه ای، فضانورد به نقطه ای می رسد (کمی در پشت افق رویداد) که در آن تغییر شکل بدن او شروع می شود. از آنجایی که میدان گرانشی یک سیاهچاله غیریکنواخت است و با یک شیب نیرو که به سمت مرکز افزایش می‌یابد نشان داده می‌شود، پاهای فضانورد تحت تأثیر گرانشی به‌طور چشمگیری بیشتر از مثلاً سر قرار می‌گیرد. سپس، به دلیل گرانش، یا به عبارت بهتر، نیروهای جزر و مدی، پاها سریعتر "سقوط" می کنند. بنابراین، بدن شروع به کشش تدریجی در طول می کند. برای توصیف این پدیده، اخترفیزیکدانان اصطلاح نسبتاً خلاقانه ای را ارائه کرده اند - اسپاگت کردن. کشش بیشتر بدن احتمالاً آن را به اتم تجزیه می کند، که دیر یا زود به یک تکینگی می رسد. فقط می توان حدس زد که در این شرایط چه احساسی در فرد خواهد داشت. شایان ذکر است که اثر کشش بدن با جرم سیاهچاله نسبت معکوس دارد. به این معنا که اگر یک BH با جرم سه خورشید فوراً بدن را بکشد/شکست دهد، آنگاه سیاهچاله عظیم نیروی جزر و مدی کمتری خواهد داشت و پیشنهاداتی وجود دارد که برخی از مواد فیزیکی می‌توانند چنین تغییر شکلی را بدون از دست دادن ساختار خود "تحمل کنند".

همانطور که می دانید، در نزدیکی اجسام عظیم، زمان کندتر جریان دارد، به این معنی که زمان برای یک فضانورد انتحاری بسیار کندتر از زمینیان جریان دارد. در این صورت، شاید او نه تنها از دوستانش، بلکه خود زمین نیز زنده بماند. محاسبات برای تعیین اینکه چقدر زمان برای یک فضانورد کاهش می یابد مورد نیاز است، اما از موارد فوق می توان فرض کرد که فضانورد بسیار آهسته در سیاهچاله سقوط می کند و ممکن است به سادگی برای دیدن لحظه ای که بدنش شروع به تغییر شکل می کند زندگی نکند. .

قابل توجه است که برای یک ناظر در خارج، تمام اجسامی که تا افق رویداد پرواز کرده اند تا زمانی که تصویر آنها ناپدید شود، در لبه این افق باقی می مانند. دلیل این پدیده انتقال گرانشی به قرمز است. تا حدودی ساده تر، می توان گفت که نوری که بر روی بدن یک فضانورد انتحاری "یخ زده" در افق رویداد می افتد، فرکانس خود را به دلیل کاهش زمان آن تغییر می دهد. هر چه زمان کندتر می گذرد، فرکانس نور کاهش می یابد و طول موج افزایش می یابد. در نتیجه این پدیده، در خروجی، یعنی برای یک ناظر خارجی، نور به تدریج به سمت فرکانس پایین - قرمز تغییر می کند. یک جابجایی نور در طول طیف اتفاق می‌افتد، زیرا فضانورد انتحاری بیشتر و بیشتر از ناظر دور می‌شود، البته تقریباً نامحسوس، و زمان او بیشتر و آهسته‌تر می‌گذرد. بنابراین، نور منعکس شده توسط بدن او به زودی از طیف مرئی فراتر می رود (تصویر ناپدید می شود) و در آینده بدن فضانورد فقط در ناحیه مادون قرمز، بعداً در منطقه فرکانس رادیویی قابل تشخیص است و در نتیجه، تابش کاملاً گریزان خواهد بود.

علیرغم آنچه در بالا نوشته شد، فرض بر این است که در سیاهچاله های بسیار بزرگ، نیروهای جزر و مد با فاصله زیاد تغییر نمی کنند و تقریباً به طور یکنواخت روی جسم در حال سقوط عمل می کنند. در چنین حالتی، فضاپیمای در حال سقوط ساختار خود را حفظ خواهد کرد. یک سوال منطقی مطرح می شود - سیاهچاله به کجا منتهی می شود؟ این سوال را می توان با کار برخی از دانشمندان پاسخ داد و دو پدیده مانند کرمچاله ها و سیاهچاله ها را به هم مرتبط کردند.

در سال 1935، آلبرت انیشتین و ناتان روزن، با در نظر گرفتن، فرضیه ای در مورد وجود به اصطلاح کرمچاله ها ارائه کردند که دو نقطه فضا-زمان را از طریق راه در مکان های انحنای قابل توجه دومی - پل انیشتین-روزن به هم متصل می کنند. یا کرمچاله برای چنین انحنای قدرتمندی از فضا، اجسامی با جرم غول پیکر مورد نیاز است که سیاهچاله ها به خوبی از عهده نقش آن بر می آیند.

پل انیشتین-رزن به دلیل کوچک و ناپایدار بودن آن به عنوان یک کرم چاله غیرقابل نفوذ در نظر گرفته می شود.

یک کرم چاله قابل عبور در تئوری سیاه و سفید چاله ها امکان پذیر است. جایی که سفیدچاله خروجی اطلاعاتی است که در سیاهچاله افتاده است. سفیدچاله در چارچوب نسبیت عام توصیف شده است، اما امروزه به صورت فرضی باقی مانده و کشف نشده است. مدل دیگری از کرم چاله توسط دانشمندان آمریکایی کیپ تورن و دانشجوی فارغ التحصیلش مایک موریس پیشنهاد شد که قابل عبور است. با این حال، مانند کرم‌چاله موریس-تورن و همچنین در مورد سیاه‌چاله‌ها، امکان سفر مستلزم وجود ماده‌ای به اصطلاح عجیب و غریب است که انرژی منفی دارد و همچنین فرضی باقی می‌ماند.

سیاهچاله ها در کیهان

وجود سیاهچاله ها نسبتاً اخیراً تأیید شد (سپتامبر 2015)، اما قبل از آن زمان، مطالب نظری زیادی در مورد ماهیت سیاهچاله ها و همچنین بسیاری از اجسام نامزد برای نقش سیاهچاله وجود داشت. اول از همه، باید ابعاد سیاهچاله را در نظر گرفت، زیرا ماهیت این پدیده به آنها بستگی دارد:

• سیاهچاله جرم ستاره ای. چنین اجسامی در نتیجه فروپاشی یک ستاره به وجود می آیند. همانطور که قبلا ذکر شد، حداقل جرم جسمی که قادر به تشکیل چنین سیاهچاله ای است 2.5 تا 3 جرم خورشید است.
• سیاهچاله های با جرم متوسط. نوعی سیاهچاله میانی شرطی که به دلیل جذب اجرام مجاور، مانند تجمع گاز، ستاره همسایه (در سیستم های دو ستاره) و دیگر اجرام کیهانی افزایش یافته است.
• سیاهچاله فوق العاده. اجرام فشرده با جرم 10 5 -10 10 خورشیدی. ویژگی های متمایز چنین BH ها چگالی کم و همچنین نیروهای جزر و مدی ضعیف است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت. این سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشان راه شیری ما (Sagittarius A*, Sgr A*) و همچنین اکثر کهکشان های دیگر است.

نامزدهای CHD

نزدیکترین سیاهچاله، یا بهتر است بگوییم کاندیدای نقش سیاهچاله، یک جرم (V616 Unicorn) است که در فاصله 3000 سال نوری از خورشید (در کهکشان ما) قرار دارد. از دو جزء تشکیل شده است: یک ستاره با جرم نیمی از جرم خورشید، و همچنین یک جسم کوچک نامرئی که جرم آن 3-5 جرم خورشید است. اگر معلوم شود که این جرم یک سیاهچاله کوچک با جرم ستاره ای است، آنگاه نزدیکترین سیاهچاله خواهد بود.

به دنبال این شی، دومین سیاهچاله نزدیک Cyg X-1 (Cyg X-1) است که اولین نامزد برای نقش سیاهچاله بود. فاصله تا آن تقریبا 6070 سال نوری است. کاملاً به خوبی مطالعه شده است: جرم آن 14.8 جرم خورشیدی و شعاع افق رویداد حدود 26 کیلومتر است.

بر اساس برخی منابع، یکی دیگر از نزدیکترین نامزدها برای نقش سیاهچاله ممکن است جسمی در منظومه ستاره ای V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) باشد که بر اساس برآوردهای سال 1999، در فاصله 1600 سال نوری قرار داشت. با این حال، مطالعات بعدی این فاصله را حداقل 15 برابر افزایش داد.

چند سیاهچاله در کهکشان ما وجود دارد؟

پاسخ دقیقی برای این سوال وجود ندارد، زیرا مشاهده آنها نسبتاً دشوار است و در طول کل مطالعه آسمان، دانشمندان موفق به کشف حدود دوازده سیاهچاله در کهکشان راه شیری شدند. بدون افراط در محاسبات، متوجه می شویم که در کهکشان ما حدود 100 تا 400 میلیارد ستاره وجود دارد و تقریباً هر هزارمین ستاره جرم کافی برای تشکیل یک سیاهچاله دارد. این احتمال وجود دارد که میلیون ها سیاهچاله در طول وجود کهکشان راه شیری شکل گرفته باشند. از آنجایی که ثبت سیاهچاله های عظیم آسان تر است، منطقی است که فرض کنیم بیشتر BH های کهکشان ما فوق جرم نیستند. شایان ذکر است که تحقیقات ناسا در سال 2005 حاکی از وجود یک دسته کامل سیاهچاله (10-20 هزار) است که به دور مرکز کهکشان می چرخند. علاوه بر این، در سال 2016، اخترفیزیکدانان ژاپنی یک ماهواره عظیم را در نزدیکی جسم * کشف کردند - یک سیاهچاله، هسته راه شیری. با توجه به شعاع کوچک (0.15 سال نوری) این جسم و همچنین جرم عظیم آن (100000 جرم خورشید)، دانشمندان پیشنهاد می کنند که این جرم نیز یک سیاهچاله بسیار پرجرم است.

هسته کهکشان ما، سیاهچاله راه شیری (Sagittarius A *، Sgr A * یا Sagittarius A *) بسیار پرجرم است و دارای جرم 4.31 10 6 خورشیدی، و شعاع 0.00071 سال نوری (6.25 ساعت نوری) است. یا 6.75 میلیارد کیلومتر). دمای Sagittarius A* به همراه خوشه اطراف آن حدود 1 10 7 K است.

بزرگترین سیاهچاله

بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌ای که دانشمندان توانسته‌اند کشف کنند، سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم به نام FSRQ blazar است که در مرکز کهکشان S5 0014+81، در فاصله 1.2·10 10 سال نوری از زمین قرار دارد. طبق نتایج اولیه رصد، با استفاده از رصدخانه فضایی سویفت، جرم سیاهچاله 40 میلیارد (40 10 9) جرم خورشید و شعاع شوارتزشیلد چنین چاله ای 118.35 میلیارد کیلومتر (0.013 سال نوری) بود. علاوه بر این، طبق محاسبات، 12.1 میلیارد سال پیش (1.6 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ) به وجود آمد. اگر این سیاهچاله غول پیکر مواد اطراف خود را جذب نکند، پس از آن زندگی خواهد کرد تا دوران سیاهچاله ها را ببیند - یکی از دوره هایی در توسعه کیهان، که طی آن سیاهچاله ها در آن تسلط خواهند داشت. اگر هسته کهکشان S5 0014+81 به رشد خود ادامه دهد، آنگاه به یکی از آخرین سیاهچاله هایی تبدیل خواهد شد که در کیهان وجود خواهد داشت.

دو سیاهچاله شناخته شده دیگر، اگرچه نامی از آنها برده نشده است، اما بیشترین اهمیت را برای مطالعه سیاهچاله ها دارند، زیرا وجود آنها را به طور تجربی تأیید کردند و همچنین نتایج مهمی برای مطالعه گرانش به دست آوردند. ما در مورد رویداد GW150914 صحبت می کنیم که به آن برخورد دو سیاهچاله به یکی می گویند. این رویداد اجازه ثبت نام را داد.

تشخیص سیاهچاله ها

قبل از در نظر گرفتن روش هایی برای تشخیص سیاهچاله ها، باید به این سوال پاسخ داد که چرا سیاهچاله سیاه است؟ - پاسخ به آن نیازی به دانش عمیق در اخترفیزیک و کیهان شناسی ندارد. واقعیت این است که یک سیاهچاله تمام تشعشعاتی را که روی آن فرو می ریزد جذب می کند و اصلاً تشعشع نمی کند، اگر فرضی را در نظر نگیرید. اگر این پدیده را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم، می‌توان فرض کرد که هیچ فرآیندی در داخل سیاهچاله‌ها وجود ندارد که منجر به آزاد شدن انرژی به شکل تابش الکترومغناطیسی شود. سپس اگر سیاهچاله تابش کند، آنگاه در طیف هاوکینگ قرار دارد (که با طیف یک جسم گرم شده و مطلقا سیاه منطبق است). با این حال، همانطور که قبلا ذکر شد، این تشعشع شناسایی نشد، که نشان دهنده دمای کاملاً پایین سیاهچاله ها است.

یکی دیگر از نظریه های پذیرفته شده دیگر می گوید که تابش الکترومغناطیسی به هیچ وجه قادر به خروج از افق رویداد نیست. به احتمال زیاد فوتون ها (ذرات نور) توسط اجسام عظیم جذب نمی شوند، زیرا طبق نظریه، آنها خودشان جرم ندارند. با این حال، سیاهچاله همچنان فوتون های نور را از طریق اعوجاج فضا-زمان «جذب» می کند. اگر سیاهچاله در فضا را نوعی فرورفتگی در سطح صاف فضا-زمان تصور کنیم، در این صورت فاصله معینی از مرکز سیاهچاله وجود دارد که با نزدیک شدن به آن، نور دیگر قادر به دور شدن از آن نخواهد بود. . یعنی به طور تقریبی، نور شروع به "افتادن" در "گودالی" می کند که حتی یک "پایین" هم ندارد.

علاوه بر این، اگر تأثیر انتقال گرانشی به سرخ را در نظر بگیریم، ممکن است نور در سیاهچاله فرکانس خود را از دست بدهد و در امتداد طیف به ناحیه تابش امواج بلند فرکانس پایین منتقل شود تا زمانی که به طور کلی انرژی خود را از دست بدهد.

بنابراین، سیاهچاله سیاه است و بنابراین تشخیص آن در فضا دشوار است.

روش های تشخیص

روش هایی را که اخترشناسان برای تشخیص سیاهچاله استفاده می کنند در نظر بگیرید:

علاوه بر روش های ذکر شده در بالا، دانشمندان اغلب اجسامی مانند سیاهچاله ها و. کوازارها خوشه‌هایی از اجسام و گازهای کیهانی هستند که از درخشان‌ترین اجرام نجومی در جهان هستند. از آنجایی که آن‌ها در اندازه‌های نسبتاً کوچک درخشندگی بالایی دارند، دلیلی وجود دارد که باور کنیم مرکز این اجرام یک سیاه‌چاله کلان جرم است که ماده اطراف را به سمت خود جذب می‌کند. به دلیل چنین جاذبه گرانشی قدرتمندی، ماده جذب شده چنان گرم می شود که به شدت تابش می کند. تشخیص چنین اجسامی معمولاً با تشخیص سیاهچاله مقایسه می شود. گاهی اوقات اختروش ها می توانند جت های پلاسمای گرم شده را در دو جهت ساطع کنند - جت های نسبیتی. دلایل پیدایش چنین جت‌هایی (جت) کاملاً مشخص نیست، اما احتمالاً ناشی از برهمکنش میدان‌های مغناطیسی BH و قرص برافزایش هستند و توسط یک سیاه‌چاله مستقیم ساطع نمی‌شوند.

برخورد یک جت در کهکشان M87 از مرکز یک سیاهچاله

با جمع بندی موارد فوق، می توان از نزدیک تصور کرد: این یک جسم سیاه کروی است که مواد به شدت گرم شده به دور آن می چرخد ​​و یک قرص برافزایشی درخشان را تشکیل می دهد.

ادغام و برخورد سیاهچاله ها

یکی از جالب ترین پدیده های اخترفیزیک، برخورد سیاهچاله هاست که امکان تشخیص چنین اجرام نجومی عظیمی را نیز ممکن می سازد. چنین فرآیندهایی نه تنها مورد توجه اخترفیزیکدانان هستند، زیرا منجر به پدیده هایی می شوند که توسط فیزیکدانان مطالعه ضعیفی دارند. واضح‌ترین مثال، رویدادی است که قبلاً ذکر شد به نام GW150914، زمانی که دو سیاه‌چاله به قدری نزدیک شدند که در نتیجه جاذبه گرانشی متقابل، در یکی شدند. یکی از پیامدهای مهم این برخورد، ظهور امواج گرانشی بود.

طبق تعریف امواج گرانشی، اینها تغییرات میدان گرانشی هستند که به صورت موج مانند از اجسام متحرک عظیم منتشر می شوند. هنگامی که دو چنین جسمی به یکدیگر نزدیک می شوند، شروع به چرخش در اطراف یک مرکز ثقل مشترک می کنند. با نزدیک شدن به یکدیگر، چرخش آنها حول محور خود افزایش می یابد. چنین نوسانات متغیر میدان گرانشی در نقطه ای می تواند یک موج گرانشی قدرتمند را تشکیل دهد که می تواند میلیون ها سال نوری در فضا منتشر شود. بنابراین، در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری، برخورد دو سیاهچاله رخ داد که یک موج گرانشی قدرتمند را تشکیل داد که در 14 سپتامبر 2015 به زمین رسید و توسط آشکارسازهای LIGO و VIRGO ثبت شد.

سیاهچاله ها چگونه می میرند؟

بدیهی است که برای اینکه یک سیاهچاله دیگر وجود نداشته باشد، باید تمام جرم خود را از دست بدهد. با این حال، طبق تعریف او، اگر سیاهچاله از افق رویداد خود عبور کرده باشد، هیچ چیز نمی تواند آن را ترک کند. مشخص است که برای اولین بار فیزیکدان نظری شوروی، ولادیمیر گریبوف، در گفتگو با دانشمند شوروی دیگر، یاکوف زلدوویچ، احتمال انتشار ذرات توسط یک سیاهچاله را ذکر کرد. او استدلال کرد که از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، یک سیاهچاله قادر است ذرات را از طریق یک اثر تونل منتشر کند. بعدها، با کمک مکانیک کوانتومی، نظریه‌ای متفاوت، فیزیکدان نظری انگلیسی استیون هاوکینگ را ساخت. می توانید در مورد این پدیده بیشتر بخوانید. به طور خلاصه، ذرات به اصطلاح مجازی در خلاء وجود دارند که دائماً به صورت جفت متولد می شوند و یکدیگر را از بین می برند، در حالی که با دنیای خارج تعامل ندارند. اما اگر چنین جفت هایی در افق رویداد سیاهچاله به وجود بیایند، گرانش قوی به طور فرضی قادر است آنها را از هم جدا کند، به طوری که یک ذره در سیاهچاله می افتد و دیگری از سیاهچاله دور می شود. و از آنجایی که ذره ای که از یک سوراخ دور شده قابل مشاهده است و بنابراین دارای انرژی مثبت است، ذره ای که در سوراخ افتاده است باید دارای انرژی منفی باشد. بنابراین، سیاهچاله انرژی خود را از دست می دهد و اثری به نام تبخیر سیاهچاله ایجاد می شود.

با توجه به مدل های موجود از یک سیاهچاله، همانطور که قبلا ذکر شد، با کاهش جرم آن، تشعشعات آن شدیدتر می شود. سپس، در مرحله نهایی وجود یک سیاهچاله، زمانی که ممکن است به اندازه یک سیاهچاله کوانتومی کاهش یابد، مقدار زیادی انرژی به شکل تابش آزاد می کند که می تواند معادل هزاران یا حتی باشد. میلیون ها بمب اتمی این رویداد تا حدودی یادآور انفجار یک سیاهچاله مانند همان بمب است. طبق محاسبات، سیاه‌چاله‌های اولیه می‌توانستند در نتیجه انفجار بزرگ متولد شوند و سیاهچاله‌هایی که جرم آن‌ها حدود 1012 کیلوگرم است، باید در زمان ما تبخیر و منفجر می‌شدند. به هر حال، چنین انفجارهایی هرگز توسط ستاره شناسان دیده نشده است.

علیرغم مکانیسمی که هاوکینگ برای نابودی سیاهچاله ها پیشنهاد کرده است، خواص تابش هاوکینگ باعث ایجاد پارادوکس در چارچوب مکانیک کوانتومی می شود. اگر سیاهچاله مقداری جسم را جذب کند و سپس جرم حاصل از جذب این جسم را از دست بدهد، بدون توجه به ماهیت جسم، سیاهچاله با آنچه قبل از جذب جسم بوده تفاوتی نخواهد داشت. در این صورت اطلاعات مربوط به بدن برای همیشه از بین می رود. از نقطه نظر محاسبات نظری، تبدیل حالت خالص اولیه به حالت مخلوط حاصل ("حرارتی") با نظریه فعلی مکانیک کوانتومی مطابقت ندارد. این پارادوکس گاهی اوقات ناپدید شدن اطلاعات در سیاهچاله نامیده می شود. راه حل واقعی برای این پارادوکس هرگز پیدا نشده است. گزینه های شناخته شده برای حل پارادوکس:

• ناهماهنگی نظریه هاوکینگ. این امر مستلزم عدم امکان نابودی سیاهچاله و رشد مداوم آن است.
• وجود سفیدچاله ها در این حالت، اطلاعات جذب شده ناپدید نمی شوند، بلکه به سادگی به جهان دیگری پرتاب می شوند.
• ناسازگاری نظریه عمومی پذیرفته شده مکانیک کوانتومی.

مشکل حل نشده فیزیک سیاهچاله

با قضاوت بر اساس هر آنچه قبلاً توضیح داده شد، سیاهچاله ها، اگرچه برای مدت نسبتاً طولانی مورد مطالعه قرار گرفته اند، هنوز دارای ویژگی های بسیاری هستند که مکانیسم های آنها هنوز برای دانشمندان شناخته شده نیست.

• در سال 1970، یک دانشمند انگلیسی به اصطلاح فرموله کرد. "اصل سانسور کیهانی" - "طبیعت از تکینگی خالی متنفر است." این به این معنی است که تکینگی فقط در مکان‌هایی که از دید پنهان هستند، مانند مرکز یک سیاه‌چاله شکل می‌گیرد. با این حال، این اصل هنوز ثابت نشده است. همچنین محاسبات نظری وجود دارد که بر اساس آنها یک تکینگی "برهنه" می تواند رخ دهد.
• «قضیه بدون مو» که بر اساس آن سیاهچاله ها فقط سه پارامتر دارند نیز ثابت نشده است.
• نظریه کاملی درباره مگنتوسفر سیاهچاله ایجاد نشده است.
• ماهیت و فیزیک تکینگی گرانشی مورد مطالعه قرار نگرفته است.
• مشخص نیست که در مرحله نهایی وجود سیاهچاله چه اتفاقی می افتد و پس از فروپاشی کوانتومی آن چه چیزی باقی می ماند.

حقایق جالب در مورد سیاهچاله ها

با جمع بندی موارد فوق، می توانیم چندین ویژگی جالب و غیرعادی ماهیت سیاهچاله ها را برجسته کنیم:

• سیاهچاله ها فقط سه پارامتر دارند: جرم، بار الکتریکی و تکانه زاویه ای. در نتیجه تعداد کمی از ویژگی های این جسم، قضیه ای که این را بیان می کند، «قضیه بدون مو» نامیده می شود. همچنین عبارت "سیاهچاله بدون مو" از اینجا آمده است، به این معنی که دو سیاهچاله کاملاً یکسان هستند، سه پارامتر ذکر شده آنها یکسان است.
• چگالی سیاهچاله ها می تواند کمتر از چگالی هوا باشد و دما نزدیک به صفر مطلق است. از این رو می توان فرض کرد که تشکیل سیاهچاله نه به دلیل فشردگی ماده، بلکه در نتیجه انباشته شدن مقدار زیادی ماده در یک حجم خاص اتفاق می افتد.
• زمان جذب اجسام توسط سیاهچاله ها بسیار کندتر از یک ناظر خارجی است. علاوه بر این، اجسام جذب شده به میزان قابل توجهی در داخل سیاهچاله کشیده می شوند که توسط دانشمندان به آن اسپاگت سازی می گویند.
• ممکن است حدود یک میلیون سیاهچاله در کهکشان ما وجود داشته باشد.
• احتمالاً در مرکز هر کهکشانی یک سیاهچاله کلان جرم وجود دارد.
• در آینده، طبق مدل نظری، جهان به اصطلاح به عصر سیاهچاله ها می رسد، زمانی که سیاهچاله ها به اجسام غالب در جهان تبدیل می شوند.

هر فردی که دیر یا زود با ستاره شناسی آشنا می شود، کنجکاوی شدیدی در مورد مرموزترین اجرام جهان - سیاهچاله ها - تجربه می کند. اینها استادان واقعی تاریکی هستند که می توانند هر اتمی را که از نزدیکی عبور می کند "بلع" کنند و حتی نور را هم نگذارند - جاذبه آنها بسیار قدرتمند است. این اجرام چالشی واقعی برای فیزیکدانان و ستاره شناسان ایجاد می کند. اولی هنوز نمی تواند بفهمد که چه اتفاقی برای ماده افتاده در داخل سیاهچاله می افتد و دومی، اگرچه انرژی برترین پدیده های فضا را با وجود سیاهچاله ها توضیح می دهد، اما هرگز فرصت مشاهده هیچ یک از آنها را نداشته است. به طور مستقیم. ما در مورد این جالب ترین اجرام آسمانی صحبت خواهیم کرد، دریابیم که چه چیزی قبلاً کشف شده است و چه چیزهایی باقی مانده است که بدانیم تا پرده راز را برداریم.

سیاهچاله چیست؟

نام "سیاه چاله" (به انگلیسی - سیاه چاله) در سال 1967 توسط فیزیکدان نظری آمریکایی جان آرچیبالد ویلر پیشنهاد شد (عکس سمت چپ را ببینید). این برای تعیین یک جرم آسمانی است که جاذبه آن چنان قوی است که حتی نور نیز خود را رها نمی کند. بنابراین «سیاه» است زیرا نور ساطع نمی کند.

مشاهدات غیر مستقیم

دلیل چنین معمایی این است: از آنجایی که سیاهچاله ها نمی درخشند، ما نمی توانیم مستقیماً آنها را ببینیم و مجبور هستیم که آنها را جستجو و مطالعه کنیم، تنها با استفاده از شواهد غیرمستقیم که وجود آنها در فضای اطراف باقی می ماند. به عبارت دیگر، اگر یک سیاهچاله ستاره ای را در بر بگیرد، ما نمی توانیم سیاهچاله را ببینیم، اما می توانیم اثرات مخرب میدان گرانشی قدرتمند آن را مشاهده کنیم.

شهود لاپلاس

علیرغم این واقعیت که عبارت "سیاه چاله" برای نشان دادن مرحله فرضی نهایی تکامل ستاره ای که تحت تأثیر گرانش به درون خود فرو می ریزد نسبتاً اخیراً ظاهر شد، ایده احتمال وجود چنین اجسامی بیشتر مطرح شد. نسبت به دو قرن پیش جان میشل انگلیسی و پیر سیمون د لاپلاس فرانسوی به طور مستقل وجود "ستارگان نامرئی" را فرض کردند. در حالی که آنها بر اساس قوانین معمول دینامیک و قانون گرانش جهانی نیوتن بودند. امروزه سیاهچاله ها توصیف صحیح خود را بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین دریافت کرده اند.

لاپلاس در اثر خود "بیانیه سیستم جهان" (1796) می نویسد: "ستاره ای درخشان با چگالی مشابه زمین، با قطر 250 برابر بیشتر از قطر خورشید، به دلیل جاذبه گرانشی آن، اجازه نمی دهد پرتوهای نور به ما برسد. بنابراین، این امکان وجود دارد که بزرگترین و درخشان ترین اجرام آسمانی به همین دلیل نامرئی باشند.

جاذبه شکست ناپذیر

ایده لاپلاس مبتنی بر مفهوم سرعت فرار (سرعت دوم کیهانی) بود. یک سیاهچاله چنان جرم متراکم است که جاذبه آن قادر است حتی نور را که بالاترین سرعت را در طبیعت ایجاد می کند (تقریباً 300000 کیلومتر در ثانیه) نگه دارد. در عمل برای فرار از سیاهچاله به سرعتی بیشتر از سرعت نور نیاز دارید، اما این غیر ممکن است!

این بدان معناست که ستاره ای از این نوع نامرئی خواهد بود، زیرا حتی نور نیز قادر به غلبه بر گرانش قدرتمند آن نخواهد بود. انیشتین این واقعیت را از طریق پدیده انحراف نور تحت تأثیر میدان گرانشی توضیح داد. در حقیقت، در نزدیکی یک سیاهچاله، فضا-زمان به قدری منحنی است که مسیرهای پرتوهای نور نیز روی خود بسته می‌شوند. برای تبدیل خورشید به سیاهچاله باید تمام جرم آن را در یک توپ به شعاع 3 کیلومتر متمرکز کنیم و زمین باید به توپی با شعاع 9 میلی متر تبدیل شود!

انواع سیاهچاله ها

حدود ده سال پیش، مشاهدات وجود دو نوع سیاهچاله را پیشنهاد کردند: ستاره ای، که جرم آن قابل مقایسه با جرم خورشید یا کمی بیشتر از آن است، و بزرگ، که جرم آن از چند صد هزار تا میلیون ها جرم خورشیدی است. با این حال، نسبتاً اخیراً، تصاویر و طیف‌های پرتو ایکس با وضوح بالا به‌دست‌آمده از ماهواره‌های مصنوعی مانند چاندرا و XMM-نیوتن، سومین نوع سیاه‌چاله را با جرم متوسط ​​هزاران بار بیشتر از خورشید به نمایش گذاشتند. .

سیاهچاله های ستاره ای

سیاهچاله های ستاره ای زودتر از دیگران شناخته شدند. آنها زمانی تشکیل می شوند که یک ستاره با جرم بالا، در انتهای مسیر تکاملی خود، سوخت هسته ای اش تمام شود و به دلیل گرانش خود به درون خود فرو می ریزد. انفجار ستاره ای (که به عنوان "انفجار ابرنواختر" شناخته می شود) عواقب فاجعه باری دارد: اگر هسته یک ستاره بیش از 10 برابر جرم خورشید باشد، هیچ نیروی هسته ای نمی تواند در برابر فروپاشی گرانشی مقاومت کند که منجر به ظهور ستاره می شود. یک سیاه چاله

سیاهچاله های بسیار پرجرم

سیاهچاله های کلان پرجرم که برای اولین بار در هسته برخی کهکشان های فعال مشاهده شد، منشأ متفاوتی دارند. چندین فرضیه در مورد تولد آنها وجود دارد: سیاهچاله ستاره ای که تمام ستارگان اطراف خود را برای میلیون ها سال می بلعد. یک خوشه ادغام شده از سیاهچاله ها؛ یک ابر عظیم گازی که مستقیماً در سیاهچاله فرو می ریزد. این سیاهچاله ها از پر انرژی ترین اجرام در فضا هستند. آنها در مراکز بسیاری از کهکشان ها، اگر نه همه، قرار دارند. کهکشان ما نیز چنین سیاهچاله ای دارد. گاهی اوقات به دلیل وجود چنین سیاه چاله ای، هسته این کهکشان ها بسیار درخشان می شوند. کهکشان هایی با سیاهچاله در مرکز، احاطه شده توسط مقدار زیادی از مواد در حال سقوط و، بنابراین، قادر به تولید مقدار زیادی انرژی، "فعال" نامیده می شود، و هسته آنها را "هسته کهکشانی فعال" (AGN). به عنوان مثال، اختروش ها (دورترین اجرام فضایی از ما که برای رصد ما در دسترس هستند) کهکشان های فعالی هستند که در آنها فقط یک هسته بسیار درخشان می بینیم.

متوسط ​​و "مینی"

راز دیگر همچنان سیاهچاله های با جرم متوسط ​​است که طبق مطالعات اخیر ممکن است در مرکز برخی از خوشه های کروی مانند M13 و NCC 6388 قرار داشته باشند. سیاه‌چاله‌ها، حتی در فاصله‌ای نه چندان دور از مرکز کهکشان ما. فیزیکدان انگلیسی استیون هاوکینگ نیز یک فرض نظری در مورد وجود نوع چهارم سیاهچاله - یک "مینی چاله" با جرم تنها یک میلیارد تن (که تقریباً برابر با جرم یک کوه بزرگ است) مطرح کرد. ما در مورد اجسام اولیه صحبت می کنیم، یعنی آنهایی که در اولین لحظات زندگی کیهان ظاهر شدند، زمانی که فشار هنوز بسیار بالا بود. با این حال، هنوز هیچ اثری از وجود آنها کشف نشده است.

چگونه یک سیاهچاله را پیدا کنیم

همین چند سال پیش، نوری روی سیاهچاله ها روشن شد. به لطف ابزارها و فن‌آوری‌ها (هم زمینی و هم فضایی) که دائماً بهبود می‌یابند، این اشیاء کمتر و کمتر مرموز می‌شوند. به طور دقیق تر، فضای اطراف آنها کمتر مرموز می شود. در واقع، از آنجایی که خود سیاهچاله نامرئی است، تنها زمانی می توانیم آن را تشخیص دهیم که توسط ماده کافی (ستاره ها و گاز داغ) احاطه شده باشد که در فاصله کمی به دور آن می چرخند.

تماشای سیستم های دوتایی

برخی از سیاهچاله های ستاره ای با مشاهده حرکت مداری یک ستاره به دور یک همدم دوتایی نامرئی کشف شده اند. منظومه‌های دوتایی نزدیک (یعنی متشکل از دو ستاره بسیار نزدیک به هم) که در آن یکی از همراهان نامرئی است، یک شی مورد علاقه برای رصد اخترفیزیکدانانی است که به دنبال سیاه‌چاله‌ها هستند.

نشانه وجود یک سیاهچاله (یا ستاره نوترونی) تابش شدید پرتوهای ایکس است که توسط مکانیزم پیچیده ای ایجاد می شود که می توان آن را به صورت شماتیک به شرح زیر توصیف کرد. یک سیاهچاله به دلیل گرانش قدرتمندش می تواند ماده را از ستاره همدم جدا کند. این گاز به شکل یک صفحه مسطح توزیع شده و به صورت مارپیچی در سیاهچاله می افتد. اصطکاک حاصل از برخورد بین ذرات گاز وارده، لایه‌های داخلی دیسک را تا چندین میلیون درجه گرم می‌کند که باعث انتشار پرتو ایکس قدرتمند می‌شود.

مشاهدات اشعه ایکس

مشاهدات اشعه ایکس از اجرام در کهکشان ما و کهکشان‌های همسایه، که برای چندین دهه انجام شده است، امکان شناسایی منابع دوتایی فشرده را فراهم کرده است که حدود ده‌ها مورد از آن‌ها سیستم‌هایی حاوی نامزدهای سیاهچاله هستند. مشکل اصلی تعیین جرم یک جرم آسمانی نامرئی است. مقدار جرم (البته نه خیلی دقیق) را می توان با مطالعه حرکت همراه یا، که بسیار دشوارتر است، با اندازه گیری شدت اشعه ایکس ماده فرودنده پیدا کرد. این شدت با معادله ای با جرم جسمی که این ماده روی آن می افتد، مرتبط است.

برنده جایزه نوبل

چیزی مشابه را می توان در مورد سیاهچاله های بسیار پرجرم مشاهده شده در هسته بسیاری از کهکشان ها گفت که جرم آنها با اندازه گیری سرعت مداری گازی که به درون سیاهچاله می افتد، تخمین زده می شود. در این مورد، ناشی از میدان گرانشی قدرتمند یک جسم بسیار بزرگ، افزایش سریع سرعت ابرهای گازی که در مرکز کهکشان‌ها می‌چرخند، توسط مشاهدات در محدوده رادیویی و همچنین در پرتوهای نوری آشکار می‌شود. مشاهدات در محدوده اشعه ایکس می تواند افزایش آزاد شدن انرژی ناشی از سقوط ماده در سیاهچاله را تایید کند. تحقیق در مورد اشعه ایکس در اوایل دهه 1960 توسط ریکاردو جیاکونی ایتالیایی که در ایالات متحده کار می کرد آغاز شد. او در سال 2002 جایزه نوبل را برای قدردانی از "کمک های پیشگامانه اش در اخترفیزیک که منجر به کشف منابع پرتو ایکس در فضا شد" دریافت کرد.

Cygnus X-1: اولین نامزد

کهکشان ما از حضور اجرام کاندید سیاهچاله مصون نیست. خوشبختانه، هیچ یک از این اجرام به اندازه کافی به ما نزدیک نیستند که خطری برای وجود زمین یا منظومه شمسی ایجاد کنند. علیرغم تعداد زیادی از منابع پرتو ایکس فشرده (و اینها محتمل ترین نامزدها برای یافتن سیاهچاله ها در آنجا هستند)، ما مطمئن نیستیم که آنها واقعاً حاوی سیاهچاله هستند. تنها یکی از این منابع که نسخه جایگزینی ندارد، نزدیک به دوتایی Cygnus X-1 است، یعنی درخشان ترین منبع پرتو ایکس در صورت فلکی ماکیان.

ستاره های عظیم

این منظومه با دوره مداری 5.6 روزه از یک ستاره آبی بسیار درخشان با اندازه بزرگ (قطر آن 20 برابر خورشید و جرم آن حدود 30 برابر است) تشکیل شده است که حتی در تلسکوپ شما به راحتی قابل تشخیص است. ستاره دوم نامرئی، جرمی که در چندین جرم خورشیدی (تا 10) تخمین زده می شود. ستاره دوم که در فاصله 6500 سال نوری از ما قرار دارد، اگر یک ستاره معمولی بود کاملاً قابل مشاهده بود. نامرئی بودن آن، پرتوهای ایکس قدرتمند سیستم و در نهایت تخمین جرم آن، اکثر ستاره شناسان را به این باور رساند که این اولین کشف تایید شده یک سیاهچاله ستاره ای است.

شک و تردید

با این حال، شک و تردید نیز وجود دارد. در میان آنها یکی از بزرگترین محققان سیاهچاله ها، فیزیکدان استیون هاوکینگ است. او حتی با همکار آمریکایی خود، کیل تورن، یکی از حامیان قوی طبقه بندی Cygnus X-1 به عنوان سیاهچاله، شرط بندی کرد.

اختلاف بر سر ماهیت شی ماکیان X-1 تنها شرط هاوکینگ نیست. او پس از وقف چندین دهه به مطالعات نظری سیاهچاله‌ها، به اشتباه بودن ایده‌های قبلی خود در مورد این اجرام مرموز متقاعد شد به ویژه، هاوکینگ فرض کرد که ماده پس از سقوط در سیاه‌چاله برای همیشه ناپدید می‌شود و با آن همه توشه‌های اطلاعاتی آن ناپدید می‌شوند. . او آنقدر از این موضوع مطمئن بود که در سال 1997 با همکار آمریکایی خود جان پرسکیل روی این موضوع شرط بندی کرد.

اعتراف به اشتباه

در 21 ژوئیه 2004، هاوکینگ در سخنرانی خود در کنگره نسبیت در دوبلین اعتراف کرد که پرسکیل درست می گفت. سیاهچاله ها منجر به ناپدید شدن کامل ماده نمی شوند. علاوه بر این، آنها نوع خاصی از "حافظه" دارند. در داخل آنها ممکن است آثاری از آنچه جذب کرده اند ذخیره شود. بنابراین، با "تبخیر" (یعنی انتشار آهسته تابش به دلیل اثر کوانتومی)، آنها می توانند این اطلاعات را به جهان ما برگردانند.

سیاهچاله ها در کهکشان

ستاره شناسان هنوز در مورد وجود سیاهچاله های ستاره ای در کهکشان ما (مانند سیاهچاله ای که متعلق به سیستم دوتایی Cygnus X-1 است) تردیدهای زیادی دارند. اما در مورد سیاهچاله های کلان جرم کمتر تردید وجود دارد.

در مرکز

حداقل یک سیاهچاله کلان جرم در کهکشان ما وجود دارد. منبع آن که با نام Sagittarius A* شناخته می شود، دقیقاً در مرکز صفحه کهکشان راه شیری قرار دارد. نام آن با این واقعیت توضیح داده می شود که قوی ترین منبع رادیویی در صورت فلکی قوس است. در این جهت است که مراکز هندسی و فیزیکی منظومه کهکشانی ما قرار دارند. در فاصله حدود 26000 سال نوری از ما، یک سیاهچاله بسیار پرجرم مرتبط با منبع امواج رادیویی، Sagittarius A *، دارای جرمی است که حدود 4 میلیون جرم خورشیدی تخمین زده می شود، در فضایی که حجم آن قابل مقایسه است. به حجم منظومه شمسی نزدیکی نسبی آن به ما (این سیاه‌چاله عظیم بدون شک نزدیک‌ترین سیاه‌چاله به زمین است) باعث شده است که رصدخانه فضایی چاندرا در سال‌های اخیر مورد بررسی عمیقی قرار بگیرد. مشخص شد که به ویژه منبع قدرتمندی از اشعه ایکس است (اما نه به اندازه منابع موجود در هسته های فعال کهکشانی). Sagittarius A* ممکن است بقایای خفته هسته فعال کهکشان ما میلیون ها یا میلیاردها سال پیش باشد.

سیاهچاله دوم؟

با این حال، برخی از ستاره شناسان بر این باورند که شگفتی دیگری در کهکشان ما وجود دارد. ما در مورد دومین سیاهچاله با جرم متوسط ​​صحبت می کنیم که خوشه ای از ستارگان جوان را کنار هم نگه می دارد و اجازه نمی دهد آنها در یک سیاهچاله بسیار پرجرم واقع در مرکز خود کهکشان بیفتند. چگونه ممکن است که در فاصله کمتر از یک سال نوری از آن، خوشه ستاره ای با سنی وجود داشته باشد که به سختی به 10 میلیون سال رسیده است، یعنی طبق استانداردهای نجومی، بسیار جوان است؟ به گفته محققان، پاسخ در این واقعیت نهفته است که خوشه در آنجا متولد نشده است (محیط اطراف سیاهچاله مرکزی برای تشکیل ستاره بسیار متخاصم است)، اما به دلیل وجود یک سیاهچاله دوم در داخل آن "کشیده شده است". آن، که دارای انبوهی از مقادیر متوسط ​​است.

در مدار

ستارگان منفرد خوشه که توسط سیاهچاله کلان پرجرم جذب شده بودند، شروع به جابجایی به سمت مرکز کهکشان کردند. با این حال، به جای پراکنده شدن در فضا، به دلیل جذب یک سیاهچاله دوم که در مرکز خوشه قرار دارد، در کنار هم باقی می مانند. جرم این سیاهچاله را می توان از توانایی آن در نگه داشتن کل خوشه ستاره ای "روی یک افسار" تخمین زد. به نظر می رسد یک سیاهچاله با اندازه متوسط ​​حدود 100 سال دیگر به دور سیاهچاله مرکزی می چرخد. این بدان معناست که مشاهدات طولانی مدت در طول سالیان متمادی به ما امکان "دیدن" آن را می دهد.

سیاهچاله در فیزیک به عنوان منطقه ای در فضا-زمان تعریف می شود که جاذبه گرانشی آن چنان قوی است که حتی اجسامی که با سرعت نور حرکت می کنند، از جمله کوانتوم های خود نور، نمی توانند از آن خارج شوند. مرز این منطقه را افق رویداد و اندازه مشخصه آن را شعاع گرانشی می نامند که به آن شعاع جنگل سیاه می گویند. سیاهچاله ها مرموزترین اجرام جهان هستند. آنها نام تاسف بار خود را مدیون جان ویلر اخترفیزیکدان آمریکایی هستند. او بود که در سخنرانی معروف "جهان ما: شناخته شده و ناشناخته" در سال 1967 این اجسام فوق متراکم را سوراخ نامید. پیش از این، چنین اجسامی را "ستارگان فرو ریخته" یا "جمع کننده" می نامیدند. اما اصطلاح "سیاه چاله" ریشه دوانده است و تغییر آن به سادگی غیرممکن شده است. دو نوع سیاهچاله در کیهان وجود دارد: 1 - سیاهچاله های بسیار پرجرم که جرم آنها میلیون ها بار بیشتر از جرم خورشید است (اعتقاد بر این است که چنین اجرامی در مراکز کهکشان ها قرار دارند). 2- سیاهچاله های کم جرم که از فشردگی ستارگان غول پیکر در حال مرگ به وجود می آیند، جرم آنها بیش از سه جرم خورشید است. با انقباض ستاره، ماده بیشتر و بیشتر فشرده می شود و در نتیجه گرانش جسم به حدی افزایش می یابد که نور نمی تواند بر آن غلبه کند. نه تابش و نه ماده نمی توانند از سیاهچاله بگریزند. سیاهچاله ها جاذبه های فوق العاده قدرتمندی هستند.

شعاعی که یک ستاره باید به آن کوچک شود تا به سیاهچاله تبدیل شود، شعاع گرانشی نامیده می شود. برای سیاهچاله هایی که از ستارگان تشکیل شده اند، تنها چند ده کیلومتر فاصله است. در برخی از جفت‌های ستاره‌های دوتایی، یکی از آنها برای قوی‌ترین تلسکوپ نامرئی است، اما جرم جزء نامرئی در چنین سیستم گرانشی بسیار بزرگ است. به احتمال زیاد، چنین اجرامی یا ستاره های نوترونی هستند یا سیاهچاله ها. گاهی اوقات اجزای نامرئی در چنین جفت هایی ماده را از یک ستاره معمولی جدا می کنند. در این حالت، گاز از لایه‌های بیرونی ستاره مرئی جدا می‌شود و به یک مکان ناشناخته سقوط می‌کند - در یک سیاه‌چاله نامرئی. اما قبل از افتادن در سوراخ، این گاز امواج الکترومغناطیسی با طول موج های مختلف از جمله امواج بسیار کوتاه پرتو ایکس ساطع می کند. علاوه بر این، در نزدیکی یک ستاره نوترونی یا یک سیاه‌چاله، گاز بسیار داغ می‌شود و به منبع پرتوهای الکترومغناطیسی پرانرژی در محدوده پرتو ایکس و گاما تبدیل می‌شود. چنین تشعشعی از جو زمین عبور نمی کند، اما می توان آن را با استفاده از تلسکوپ های فضایی مشاهده کرد. یکی از نامزدهای احتمالی برای سیاهچاله ها منبع قدرتمند پرتو ایکس در صورت فلکی ماکیان در نظر گرفته می شود.