L'universo sconfinato è pieno di segreti, enigmi e paradossi. Nonostante il fatto che la scienza moderna abbia compiuto un enorme balzo in avanti nell'esplorazione dello spazio, molto in questo vasto mondo rimane incomprensibile per la percezione umana del mondo. Sappiamo molto di stelle, nebulose, ammassi e pianeti. Tuttavia, nella vastità dell'universo ci sono tali oggetti, la cui esistenza possiamo solo supporre. Ad esempio, sappiamo molto poco dei buchi neri. Le informazioni di base e le conoscenze sulla natura dei buchi neri sono basate su ipotesi e congetture. Astrofisici, scienziati nucleari hanno lottato con questo problema per più di una dozzina di anni. Cos'è un buco nero nello spazio? Qual è la natura di tali oggetti?
Parlando di buchi neri in un linguaggio semplice
Per immaginare come si presenta un buco nero, basta vedere la coda del treno che entra nel tunnel. Le luci di segnalazione sull'ultima auto, mentre il treno si addentra nel tunnel, diminuiranno di dimensioni fino a scomparire completamente dalla vista. In altre parole, questi sono oggetti in cui, a causa di un'attrazione mostruosa, anche la luce scompare. Particelle elementari, elettroni, protoni e fotoni non sono in grado di superare la barriera invisibile, cadono nell'abisso nero della non esistenza, quindi un tale buco nello spazio era chiamato nero. Non c'è la minima area di luce al suo interno, il nero solido e l'infinito. Ciò che è dall'altra parte del buco nero è sconosciuto.
Questo aspirapolvere ha un'enorme gravità ed è in grado di assorbire un'intera galassia con tutti i cluster e supercluster delle stelle, con le nebulose e la materia oscura. Come è possibile? Resta solo da indovinare. Le leggi della fisica a noi note in questo caso si dividono in modo frammentario e non forniscono una spiegazione per i processi in atto. L'essenza del paradosso è che in questa parte dell'Universo l'interazione gravitazionale dei corpi è determinata dalla loro massa. Il processo di assorbimento da parte di un oggetto di un altro non è influenzato dalla loro composizione qualitativa e quantitativa. Le particelle, avendo raggiunto una quantità critica in una certa area, entrano in un altro livello di interazione, in cui le forze gravitazionali diventano forze di attrazione. Il corpo, l'oggetto, la sostanza o la materia sotto l'influenza della gravità cominciano a ridursi, raggiungendo un'enorme densità.
Approssimativamente tali processi si verificano durante la formazione di una stella di neutroni, in cui la materia stellare sotto l'influenza della gravità interna viene compressa in volume. Gli elettroni liberi si combinano con i protoni per formare particelle elettricamente neutre - i neutroni. La densità di questa sostanza è enorme. Una particella di materia delle dimensioni di un pezzo di zucchero raffinato ha un peso di miliardi di tonnellate. Qui è opportuno ricordare la teoria generale della relatività, dove spazio e tempo sono quantità continue. Di conseguenza, il processo di compressione non può essere interrotto a metà e quindi non ha limiti.
Potenzialmente, un buco nero sembra un buco in cui potrebbe esserci una transizione da un segmento di spazio a un altro. Allo stesso tempo, le proprietà dello spazio e del tempo stesso cambiano, trasformandosi in un imbuto spazio-temporale. Raggiungendo il fondo di questo imbuto, qualsiasi questione ricade in quanti. Cosa c'è dall'altra parte del buco nero, questo buco gigante? Forse esiste un altro spazio in cui si applicano altre leggi e il tempo scorre nella direzione opposta.
Nel contesto della teoria della relatività, la teoria di un buco nero è la seguente. Il punto dello spazio, dove le forze gravitazionali hanno schiacciato qualsiasi materia alle dimensioni microscopiche, ha una tremenda forza di attrazione, la cui entità aumenta fino all'infinito. Appare una piega del tempo e lo spazio è piegato, chiudendo in un punto. Gli oggetti assorbiti da un buco nero non sono in grado di resistere alla forza di questo mostruoso aspirapolvere. Anche la velocità della luce, che i quanti possiedono, non consente alle particelle elementari di superare la forza di attrazione. Ogni corpo che è arrivato a un tale punto cessa di essere un oggetto materiale, che si fonde con la bolla spazio-temporale.
Buchi neri in scienza
Se chiedi, come si formano i buchi neri? La risposta definitiva non sarà. Ci sono molti paradossi e contraddizioni nell'universo che non possono essere spiegati dal punto di vista della scienza. La teoria della relatività di Einstein permette solo di spiegare teoricamente la natura di tali oggetti, ma in questo caso la meccanica quantistica e la fisica sono silenziose.
Cercando di spiegare i processi che avvengono secondo le leggi della fisica, l'immagine sarà simile a questa. L'oggetto è formato come risultato della colossale contrazione gravitazionale di un corpo cosmico massiccio o supermassiccio. Questo processo ha un nome scientifico: collasso gravitazionale. Il termine "buco nero" fu pronunciato per la prima volta nella comunità scientifica nel 1968, quando l'astronomo e fisico americano John Wheeler cercò di spiegare lo stato del crollo stellare. Secondo la sua teoria, al posto di una stella massiccia soggetta a un collasso gravitazionale, sorge un fallimento spaziale e temporale, nel quale agisce costantemente la compressione. Tutto ciò di cui è fatta la stella va dentro se stesso.
Questa spiegazione ci consente di concludere che la natura dei buchi neri non è in alcun modo connessa con i processi che si verificano nell'universo. Tutto ciò che accade all'interno di questo oggetto non riflette in alcun modo nello spazio circostante con un "MA". La forza gravitazionale di un buco nero è così forte da piegare lo spazio, costringendo le galassie a ruotare attorno ai buchi neri. Di conseguenza, diventa chiaro il motivo per cui le galassie assumono la forma di spirali. Non è noto quanto tempo ci vorrà perché l'enorme galassia della Via Lattea sparisca nell'abisso di un buco nero supermassiccio. Un fatto curioso è che i buchi neri possono verificarsi in qualsiasi punto dello spazio esterno, dove vengono create le condizioni ideali per questo. Una tale piega di tempo e spazio elimina le enormi velocità con cui le stelle ruotano e si muovono nello spazio della galassia. Il tempo in un buco nero scorre in un'altra dimensione. All'interno di questa area, nessuna legge di gravità è interpretabile dal punto di vista della fisica. Questo stato è chiamato la singolarità del buco nero.
I buchi neri non mostrano alcun segno di identificazione esterno, la loro esistenza può essere giudicata dal comportamento di altri oggetti spaziali influenzati dai campi gravitazionali. L'intero quadro della lotta per la vita e la morte ha luogo al confine di un buco nero, coperto da una membrana. Questa superficie immaginaria della canalizzazione è chiamata "orizzonte degli eventi". Tutto ciò che vediamo a questo confine è tangibile e materiale.
Scenari Black Hole
Sviluppando la teoria di John Wheeler, possiamo concludere che il segreto dei buchi neri è più probabile che non nel processo della sua formazione. La formazione di un buco nero deriva dal collasso di una stella di neutroni. Inoltre, la massa di un tale oggetto deve superare la massa del Sole tre o più volte. La stella di neutroni si restringe fino a quando la sua stessa luce non è più in grado di liberarsi dallo stretto abbraccio della gravità. Esiste un limite di dimensioni limite a cui una stella può ridursi, dando vita a un buco nero. Questo raggio è chiamato raggio gravitazionale. Le stelle massicce nella fase finale del loro sviluppo dovrebbero avere un raggio gravitazionale di diversi chilometri.
Oggi gli scienziati hanno ottenuto prove indirette della presenza di buchi neri in una dozzina di stelle binarie a raggi X. Le stelle a raggi X, una pulsar o una burster non hanno una superficie solida. Inoltre, la loro massa è maggiore della massa dei tre Soli. Lo stato attuale dello spazio esterno nella costellazione del Cigno - la stella a raggi X Cygnus X-1, rende possibile tracciare la formazione di questi oggetti curiosi.
Sulla base di ricerche e ipotesi teoriche, oggi nella scienza ci sono quattro scenari per la formazione di stelle nere:
- collasso gravitazionale di una stella massiccia nella fase finale della sua evoluzione;
- il collasso della regione centrale della galassia;
- la formazione di buchi neri nel processo del Big Bang;
- la formazione di buchi neri quantistici.
Il primo scenario è il più realistico, ma il numero di stelle nere con cui siamo familiari oggi supera il numero di stelle di neutroni conosciute. E l'età dell'Universo non è così grande che così tante stelle massicce potrebbero attraversare l'intero processo evolutivo.
Il secondo scenario ha il diritto alla vita, e c'è un vivido esempio: il supermassiccio buco nero Sagittario A *, situato nel centro della nostra galassia. La massa di questo oggetto è 3,7 massa del sole. Il meccanismo di questo scenario è simile allo scenario di un collasso gravitazionale con la sola differenza che un gas interstellare, piuttosto che una stella, è soggetto a collasso. Sotto l'influenza delle forze gravitazionali, il gas viene compresso in una massa e densità critica. Nel momento critico, la materia si disintegra in quanti, formando un buco nero. Tuttavia, questa teoria è dubbia, poiché recentemente gli astronomi della Columbia University hanno identificato i satelliti satelliti A * del buco nero. Si sono rivelati un sacco di piccoli buchi neri, che probabilmente si sono formati in un altro modo.
Il terzo scenario è più teorico ed è associato all'esistenza della teoria del Big Bang. Al momento della formazione dell'universo, una parte della materia e dei campi gravitazionali subì fluttuazioni. In altre parole, i processi sono andati in un altro modo, non collegati ai noti processi della meccanica quantistica e della fisica nucleare.
Quest'ultimo scenario si concentra sulla fisica di un'esplosione nucleare. Nei coaguli di materia nel processo di reazioni nucleari sotto l'influenza delle forze gravitazionali, si verifica un'esplosione, al posto della quale si forma un buco nero. La materia esplode verso l'interno, assorbendo tutte le particelle.
L'esistenza e l'evoluzione dei buchi neri
Avendo un'idea approssimativa della natura di tali strani oggetti spaziali, qualcos'altro è interessante. Quali sono le vere dimensioni dei buchi neri, quanto velocemente crescono? Le dimensioni dei buchi neri sono determinate dal loro raggio gravitazionale. Per i buchi neri, il raggio di un buco nero è determinato dalla sua massa ed è chiamato il raggio di Schwarzschild. Ad esempio, se un oggetto ha una massa pari alla massa del nostro pianeta, il raggio di Schwarzschild in questo caso è 9 mm. Il nostro corpo principale ha un raggio di 3 km. La densità media di un buco nero formato al posto di una stella con una massa di 10⁸ della massa del Sole sarà vicino alla densità dell'acqua. Il raggio di tale educazione sarà di 300 milioni di chilometri.
È probabile che tali giganteschi buchi neri si trovino nel centro delle galassie. Ad oggi sono conosciute 50 galassie, al centro delle quali si trovano enormi pozzi temporali e spaziali. La massa di questi giganti è miliardi la massa del Sole. Si può solo immaginare che una forza di attrazione colossale e mostruosa abbia un tale buco.
Per quanto riguarda i piccoli fori, questi sono mini oggetti il cui raggio raggiunge valori insignificanti, solo 10 ¹ ² cm. La massa di tale mollica è di 10 gr. Tali formazioni sorsero al momento del Big Bang, tuttavia con il tempo aumentarono di dimensioni e oggi si sfiorano nello spazio come mostri. Le condizioni in cui si è verificata la formazione di piccoli buchi neri, gli scienziati oggi stanno cercando di ricreare in condizioni terrestri. Per questi scopi, gli esperimenti sono condotti su collettori di elettroni, attraverso i quali particelle elementari vengono accelerate alla velocità della luce. I primi esperimenti permisero di ottenere in condizioni di laboratorio un plasma - materia di quark e gluoni, che esisteva agli albori della formazione dell'Universo. Tali esperimenti suggeriscono che un buco nero sulla Terra è una questione di tempo. Un'altra cosa è se una tale conquista della scienza umana si trasformerà in una catastrofe per noi e per il nostro pianeta. Creando un buco nero artificialmente, possiamo aprire la scatola di Pandora.
Le recenti osservazioni di altre galassie hanno consentito agli scienziati di scoprire buchi neri, la cui dimensione supera tutte le aspettative e le supposizioni immaginabili. L'evoluzione che si verifica con tali oggetti ci permette di capire meglio come cresce la massa dei buchi neri, qual è il suo vero limite. Gli scienziati hanno concluso che tutti i buchi neri conosciuti sono cresciuti fino alla loro dimensione reale entro 13-14 miliardi di anni. La differenza di dimensioni è dovuta alla densità dello spazio circostante. Se un buco nero ha abbastanza cibo alla portata della gravità, cresce come il lievito, raggiungendo una massa di centinaia e migliaia di masse solari. Da qui le dimensioni gigantesche di tali oggetti situati nel centro delle galassie. Un enorme ammasso di stelle, enormi masse di gas interstellare sono cibo abbondante per la crescita. Quando le galassie si fondono, i buchi neri possono fondersi insieme formando un nuovo oggetto supermassiccio.
A giudicare dall'analisi dei processi evolutivi, è consuetudine distinguere due classi di buchi neri:
- oggetti con una massa di 10 volte la massa solare;
- oggetti massicci, la cui massa è centinaia di migliaia, miliardi di masse solari.
Ci sono buchi neri con una massa media intermedia di 100-10 mila volte la massa del Sole, ma la loro natura è ancora sconosciuta. C'è approssimativamente uno di questi oggetti per galassia. Lo studio delle stelle a raggi X ha permesso di trovare due buchi neri di media grandezza contemporaneamente ad una distanza di 12 milioni di anni luce nella galassia M82. La massa di un oggetto varia nel range di 200-800 masse solari. Un altro oggetto è molto più grande e ha una massa di 10-40 mila masse solari. Il destino di tali oggetti è interessante. Si trovano vicino agli ammassi stellari, attraendo gradualmente se stessi verso un buco nero supermassiccio situato nella parte centrale della galassia.
Il nostro pianeta e i buchi neri
Nonostante la ricerca di un indizio sulla natura dei buchi neri, il mondo scientifico è preoccupato per il posto e il ruolo del buco nero nel destino della galassia e, in particolare, nel destino del pianeta Terra. La piega del tempo e dello spazio che esiste al centro della Via Lattea assorbe gradualmente tutti gli oggetti esistenti intorno. Milioni di stelle e trilioni di tonnellate di gas interstellare sono già state assorbite nel buco nero. Col tempo, la linea raggiungerà le braccia del Cigno e del Sagittario, in cui si trova il sistema solare, avendo percorso una distanza di 27 mila anni luce.
Un altro buco nero supermassiccio nelle vicinanze si trova nella parte centrale della galassia di Andromeda. Sono lontani circa 2,5 milioni di anni luce da noi. Probabilmente, finché il nostro oggetto Sagittario A * non inghiotte la sua galassia, dovremmo aspettarci la fusione di due galassie vicine. Di conseguenza, si verificherà la fusione di due buchi neri supermassicci in una dimensione intera, terribile e mostruosa.
Una cosa completamente diversa - piccoli buchi neri. Assorbire il pianeta Terra è un buco nero con un raggio di un paio di centimetri. Il problema è che, per natura, un buco nero è un oggetto completamente senza volto. Nessuna radiazione o radiazione emana dal suo grembo, quindi è piuttosto difficile notare un oggetto così misterioso. Solo a distanza ravvicinata possiamo rilevare una curvatura della luce di fondo, che indica che c'è un buco nello spazio in questa regione dell'Universo.
Ad oggi, gli scienziati hanno scoperto che il buco nero più vicino alla Terra è l'oggetto Monocerotis V616. Il mostro si trova a 3000 anni luce dal nostro sistema. In termini di dimensioni, questa è una grande formazione, la sua massa è di 9-13 masse solari. Un altro oggetto vicino che minaccia il nostro mondo è il buco nero Gygnus X-1. Con questo mostro siamo separati da una distanza di 6000 anni luce. I buchi neri rilevati nel nostro quartiere fanno parte del sistema binario, ad es. esiste in stretta vicinanza alla stella che nutre l'oggetto insaziabile.
conclusione
L'esistenza nello spazio di oggetti misteriosi e misteriosi come i buchi neri, ovviamente, ci costringe a stare sul guardiano. Tuttavia, tutto ciò che accade con i buchi neri si verifica abbastanza raramente, se prendiamo in considerazione l'età dell'Universo e le enormi distanze. Per 4,5 miliardi di anni, il Sistema Solare è in uno stato di riposo, esistente secondo le leggi a noi note. Durante questo periodo, nulla del genere è apparso, né lo spazio è distorto o le pieghe del tempo vicino al sistema solare. Probabilmente non ci sono condizioni adeguate per questo. Quella parte della Via Lattea, in cui risiede il sistema stellare del Sole, è una parte di spazio calma e stabile.
Gli scienziati presumono che l'aspetto dei buchi neri non sia casuale. Tali oggetti svolgono nell'Universo il ruolo degli inservienti che distruggono il surplus di corpi cosmici. Per quanto riguarda il destino dei mostri stessi, la loro evoluzione non è stata ancora pienamente compresa. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
