Kitą dieną Stephenas Hawkingas sujaudino mokslo bendruomenę, pareiškęs, kad juodosios skylės neegzistuoja. O tiksliau, jie visai ne tokie, apie ką manyta anksčiau.

Anot mokslininko (kuris išdėstytas darbe „Juodųjų skylių informacijos išsaugojimas ir orų prognozės“), tai, ką vadiname juodosiomis skylėmis, gali egzistuoti be vadinamojo „įvykių horizonto“, už kurio niekas negali ištrūkti. Hawkingas mano, kad juodosios skylės išlaiko šviesą ir informaciją tik kurį laiką, o paskui „išspjauna“ atgal į erdvę, nors ir gana iškreipta forma.

Kol mokslo bendruomenė virškina naująją teoriją, nusprendėme savo skaitytojui priminti tai, kas iki šiol buvo laikoma „faktais apie juodąsias skyles“. Taigi iki šiol buvo manoma, kad:

Juodosios skylės gavo savo pavadinimą, nes įsiurbia šviesą, kuri paliečia jos ribas ir jos neatspindi.

Susidaro, kai pakankamai suspausta materijos masė deformuoja erdvę ir laiką, juodoji skylė turi apibrėžtą paviršių, vadinamą „įvykių horizontu“, kuris žymi negrįžimo tašką.

Laikrodžiai arti jūros lygio veikia lėčiau nei ties kosminė stotis, o prie juodųjų skylių jis dar lėtesnis. Tai turi kažką bendro su gravitacija.

Artimiausia juodoji skylė yra maždaug už 1600 šviesmečių

Mūsų galaktikoje yra juodųjų skylių, tačiau artimiausia, kuri teoriškai galėtų sunaikinti mūsų kuklią planetą, yra toli už mūsų. saulės sistema.

Paukščių tako galaktikos centre yra didžiulė juodoji skylė

Jis yra 30 tūkstančių šviesmečių atstumu nuo Žemės, o jo matmenys yra daugiau nei 30 milijonų kartų didesni už mūsų Saulę.

Juodosios skylės ilgainiui išgaruoja

Manoma, kad iš juodosios skylės niekas negali ištrūkti. Vienintelė šios taisyklės išimtis yra spinduliuotė. Kai kurių mokslininkų teigimu, juodosios skylės skleisdamos spinduliuotę praranda masę. Dėl šio proceso juodoji skylė gali visiškai išnykti.

Juodosios skylės formuojamos ne kaip piltuvėliai, o kaip sferos

Daugumoje vadovėlių pamatysite juodąsias skyles, kurios atrodo kaip piltuvėliai. Taip yra todėl, kad jie iliustruoti gravitacinio šulinio požiūriu. Tiesą sakant, jie labiau primena sferą.

Viskas išsikreipia šalia juodosios skylės

Juodosios skylės turi galimybę iškraipyti erdvę, o kadangi jos sukasi, iškraipymas joms besisukant didėja.

Juodoji skylė gali nužudyti siaubingais būdais

Nors atrodo akivaizdu, kad juodoji skylė yra nesuderinama su gyvybe, dauguma žmonių mano, kad ten juos tiesiog sutraiškys. Nebūtinai. Greičiausiai būsite ištempti iki mirties, nes jūsų kūno dalis, kuri pirmą kartą pasiekė „įvykių horizontą“, būtų veikiama daug didesnės gravitacijos.

Juodosios skylės ne visada yra juodos

Nors jie žinomi kaip juodi, kaip minėjome anksčiau, jie iš tikrųjų skleidžia elektromagnetines bangas.

Juodosios skylės gali ne tik sunaikinti

Žinoma, daugeliu atvejų tai tiesa. Tačiau yra daugybė teorijų, tyrimų ir prielaidų, kad juodosios skylės iš tiesų gali būti pritaikytos energijai generuoti ir kelionėms į kosmosą.

Juodųjų skylių atradimas nepriklauso Albertui Einšteinui

Albertas Einšteinas juodųjų skylių teoriją atgaivino tik 1916 m. Dar gerokai prieš tai, 1783 m., mokslininkas, vardu Johnas Mitchellas, pirmasis sukūrė šią teoriją. Tai atsitiko po to, kai jis susimąstė, ar gravitacija gali tapti tokia stipri, kad net šviesos dalelės negalėtų jos išvengti.

Juodosios skylės dūzgia

Nors erdvės vakuumas iš tikrųjų neperduoda garso bangų, kai klausomasi su specialius įrankius, galite išgirsti atmosferos trukdžių garsus. Kai juodoji skylė ką nors įtraukia, jos įvykių horizontas paspartina daleles iki šviesos greičio ir jos sukelia ūžesį.

Juodosios skylės gali generuoti gyvybei reikalingus elementus

Tyrėjai mano, kad juodosios skylės sukuria elementus, kai jie suyra subatominės dalelės. Šios dalelės gali sukurti sunkesnius už helią elementus, tokius kaip geležis ir anglis, taip pat daugelis kitų, reikalingų gyvybei formuotis.

Juodosios skylės ne tik „praryja“, bet ir „išspjauna“

Žinoma, kad juodosios skylės sugeria viską, kas priartėja prie įvykių horizonto. Kai kas nors patenka į juodąją skylę, jis suspaudžiamas tokia milžiniška jėga, kad atskiri komponentai suspaudžiami ir galiausiai suyra į subatomines daleles. Kai kurie mokslininkai teigia, kad ši medžiaga tada išstumiama iš vadinamosios „baltosios skylės“.

Bet kokia medžiaga gali tapti juodąja skyle

Techniniu požiūriu juodosiomis skylėmis gali tapti ne tik žvaigždės. Jei jūsų automobilio rakteliai susitrauktų iki be galo mažo taško, išlaikant savo masę, jų tankis pasiektų astronominį lygį, o gravitacija padidėtų neįtikėtinai.

Fizikos dėsniai sugenda juodosios skylės centre

Remiantis teorijomis, medžiaga juodojoje skylėje yra suspausta iki begalinio tankio, o erdvė ir laikas nustoja egzistuoti. Kai taip atsitinka, fizikos dėsniai nebegalioja vien todėl, kad žmogaus protas neįsivaizduoja objekto, kurio tūris yra nulinis ir tankis yra begalinis.

Juodosios skylės lemia žvaigždžių skaičių

Kai kurių mokslininkų teigimu, žvaigždžių skaičių Visatoje riboja juodųjų skylių skaičius. Tai susiję su tuo, kaip jie veikia dujų debesis ir elementų susidarymą tose Visatos dalyse, kuriose gimsta naujos žvaigždės.

Beribė Visata pilna paslapčių, mįslių ir paradoksų. Nors šiuolaikinis mokslas padarė didžiulį kosmoso tyrinėjimo šuolį į priekį, daug kas šiame didžiuliame pasaulyje lieka nesuprantama žmogaus pasaulėžiūrai. Mes daug žinome apie žvaigždes, ūkus, spiečius ir planetas. Tačiau Visatos platybėse yra objektų, apie kurių egzistavimą galime tik spėlioti. Pavyzdžiui, apie juodąsias skyles žinome labai mažai. Pagrindinė informacija ir žinios apie juodųjų skylių prigimtį yra pagrįstos prielaidomis ir spėjimais. Astrofizikai ir branduolinės energetikos mokslininkai dešimtmečius kovoja su šia problema. Kas yra juodoji skylė erdvėje? Kokia tokių objektų prigimtis?

Kalbant apie juodąsias skyles paprastai

Norėdami įsivaizduoti, kaip atrodo juodoji skylė, tiesiog pažiūrėkite į tunelį važiuojančio traukinio uodegą. Signalinės lemputės paskutiniame vagone mažės, kai traukinys gilės į tunelį, kol visiškai išnyks iš akių. Kitaip tariant, tai objektai, kuriuose dėl monstriškos gravitacijos išnyksta net šviesa. Elementariosios dalelės, elektronai, protonai ir fotonai nepajėgia įveikti nematomo barjero ir įkristi į juodąją nebūties bedugnę, todėl tokia erdvė erdvėje vadinama juodąja. Jo viduje nėra nė menkiausio šviesaus plotelio, visiška juoduma ir begalybė. Kas yra kitoje juodosios skylės pusėje, nežinoma.

Šis kosminis dulkių siurblys turi milžinišką gravitacinę jėgą ir gali sugerti visą galaktiką su visomis žvaigždžių spiečiais ir superspiečiais, ūkais ir tamsiąja medžiaga. Kaip tai įmanoma? Galime tik spėlioti. Mums žinomi fizikos dėsniai šiuo atveju trūkinėja ir nepaaiškina vykstančių procesų. Paradokso esmė ta, kad tam tikroje Visatos dalyje gravitacinę kūnų sąveiką lemia jų masė. Vieno kito objekto įsisavinimo procesui neturi įtakos jų kokybinė ir kiekybinė sudėtis. Dalelės, pasiekusios kritinį skaičių tam tikroje srityje, patenka į kitą sąveikos lygį, kur gravitacinės jėgos tampa traukos jėgomis. Kūnas, objektas, medžiaga ar materija pradeda spausti, veikiant gravitacijai, ir pasiekia milžinišką tankį.

Maždaug panašūs procesai vyksta formuojantis neutroninei žvaigždei, kai vidinės gravitacijos įtakoje žvaigždžių medžiaga suspaudžiama pagal tūrį. Laisvieji elektronai jungiasi su protonais ir sudaro elektriškai neutralias daleles, vadinamas neutronais. Šios medžiagos tankis yra didžiulis. Rafinuoto cukraus gabalėlio dydžio medžiagos dalelė sveria milijardus tonų. Čia derėtų prisiminti bendrąją reliatyvumo teoriją, kur erdvė ir laikas yra nuolatiniai dydžiai. Vadinasi, suspaudimo procesas negali būti sustabdytas pusiaukelėje, todėl jam nėra jokių apribojimų.

Potencialiai juodoji skylė atrodo kaip skylė, kurioje gali būti perėjimas iš vienos erdvės dalies į kitą. Kartu kinta pačios erdvės ir laiko savybės, susisukdamos į erdvės ir laiko piltuvą. Pasiekusi šio piltuvo dugną, bet kokia medžiaga suyra į kvantus. Kas yra kitoje juodosios skylės pusėje, ši milžiniška skylė? Galbūt ten yra kita erdvė, kurioje galioja kiti dėsniai ir laikas teka priešinga kryptimi.

Reliatyvumo teorijos kontekste juodosios skylės teorija atrodo taip. Erdvės taškas, kuriame gravitacinės jėgos suspaudė bet kokią medžiagą iki mikroskopinių dydžių, turi milžinišką traukos jėgą, kurios dydis didėja iki begalybės. Atsiranda laiko raukšlė, erdvė išsilenkia, užsidaro viename taške. Juodosios skylės praryti objektai negali savarankiškai atlaikyti šio siaubingo dulkių siurblio traukimo jėgos. Netgi šviesos greitis, kurį turi kvantai, neleidžia elementarioms dalelėms įveikti gravitacijos jėgos. Bet koks kūnas, patekęs į tokį tašką, nustoja būti materialiu objektu, susiliejančiu su erdvės ir laiko burbulu.

Juodosios skylės moksliniu požiūriu

Jei paklaustumėte savęs, kaip susidaro juodosios skylės? Aiškaus atsakymo nebus. Visatoje yra gana daug paradoksų ir prieštaravimų, kurių neįmanoma paaiškinti moksliniu požiūriu. Einšteino reliatyvumo teorija leidžia tik teoriškai paaiškinti tokių objektų prigimtį, tačiau kvantinė mechanika ir fizika šiuo atveju tyli.

Bandant paaiškinti vykstančius procesus su fizikos dėsniais, vaizdas atrodys taip. Objektas, susidaręs dėl milžiniško gravitacinio masyvaus arba supermasyvaus kosminio kūno suspaudimo. Šis procesas turi mokslinį pavadinimą – gravitacinis kolapsas. Terminas „juodoji skylė“ pirmą kartą buvo išgirstas mokslo bendruomenėje 1968 m., kai amerikiečių astronomas ir fizikas Johnas Wheeleris bandė paaiškinti žvaigždžių žlugimo būklę. Pagal jo teoriją, gravitacinį griūtį patyrusios masyvios žvaigždės vietoje atsiranda erdvinis ir laiko tarpas, kuriame veikia vis stipresnis suspaudimas. Viskas, iš ko buvo sukurta žvaigždė, patenka į save.

Šis paaiškinimas leidžia daryti išvadą, kad juodųjų skylių prigimtis niekaip nesusijusi su Visatoje vykstančiais procesais. Viskas, kas vyksta šio objekto viduje, jokiu būdu neatsispindi supančioje erdvėje vienu „BET“. Juodosios skylės gravitacinė jėga yra tokia stipri, kad ji išlenkia erdvę, todėl galaktikos sukasi aplink juodąsias skyles. Atitinkamai paaiškėja priežastis, kodėl galaktikos įgauna spiralės formą. Kiek užtruks, kol didžiulė Paukščių Tako galaktika išnyks į supermasyvios juodosios skylės bedugnę, nežinoma. Įdomus faktas yra tai, kad juodosios skylės gali atsirasti bet kurioje kosmoso vietoje, kur jos yra sukurtos šiam tikslui. idealios sąlygos. Tokia laiko ir erdvės raukšlė neutralizuoja milžiniškus greičius, kuriais žvaigždės sukasi ir juda galaktikos erdvėje. Laikas juodojoje skylėje teka kitoje dimensijoje. Šiame regione jokie gravitacijos dėsniai negali būti interpretuojami fiziškai. Ši būsena vadinama juodosios skylės singuliarumu.

Juodosios skylės nerodo jokių išorinių identifikavimo ženklų, apie jų egzistavimą galima spręsti pagal kitų kosminių objektų, kuriuos veikia gravitaciniai laukai, elgesį. Visas gyvybės ir mirties kovos vaizdas vyksta ant juodosios skylės ribos, kuri yra padengta membrana. Šis įsivaizduojamas piltuvo paviršius vadinamas „įvykių horizontu“. Viskas, ką matome iki šios sienos, yra apčiuopiama ir materialu.

Juodosios skylės susidarymo scenarijai

Plėtodami Johno Wheelerio teoriją, galime daryti išvadą, kad juodųjų skylių paslaptis greičiausiai nėra formuojama. Juodoji skylė susidaro dėl neutroninės žvaigždės žlugimo. Be to, tokio objekto masė turėtų viršyti Saulės masę tris ar daugiau kartų. Neutroninė žvaigždė traukiasi tol, kol jos pačios šviesa nebepajėgia ištrūkti iš glaudaus gravitacijos glėbio. Yra riba, iki kurios žvaigždė gali susitraukti ir pagimdyti juodąją skylę. Šis spindulys vadinamas gravitaciniu spinduliu. Paskutiniame vystymosi etape masyvių žvaigždžių gravitacinis spindulys turėtų būti keli kilometrai.

Šiandien mokslininkai gavo netiesioginių įrodymų, kad keliolikoje rentgeno spindulių dvinarių žvaigždžių yra juodųjų skylių. Rentgeno žvaigždės, pulsarai ar sprogdikliai neturi kieto paviršiaus. Be to, jų masė didesnė už trijų Saulių masę. Dabartinė kosmoso būklė Cygnus žvaigždyne - rentgeno žvaigždė Cygnus X-1 leidžia atsekti šių įdomių objektų formavimosi procesą.

Remiantis tyrimais ir teorinėmis prielaidomis, šiandien moksle yra keturi juodųjų žvaigždžių susidarymo scenarijai:

• gravitacinis didžiulės žvaigždės žlugimas paskutinis etapas jos raida;
• centrinio galaktikos regiono žlugimas;
• juodųjų skylių susidarymas Didžiojo sprogimo metu;
• kvantinių juodųjų skylių susidarymas.

Pirmasis scenarijus yra realiausias, tačiau šiandien mums pažįstamų juodųjų žvaigždžių skaičius viršija žinomų neutroninių žvaigždžių skaičių. Ir Visatos amžius nėra toks didelis, kad toks masyvių žvaigždžių skaičius galėtų pereiti visą evoliucijos procesą.

Antrasis scenarijus turi teisę į gyvybę, ir yra ryškus to pavyzdys – supermasyvi juodoji skylė Sagittarius A*, esanti mūsų galaktikos centre. Šio objekto masė yra 3,7 saulės masės. Šio scenarijaus mechanizmas panašus į gravitacinio griūties scenarijų, tik tas skirtumas, kad griūva ne žvaigždė, o tarpžvaigždinės dujos. Gravitacinių jėgų įtakoje dujos suspaudžiamos iki kritinės masės ir tankio. Kritiniu momentu materija suyra į kvantus, sudarydama juodąją skylę. Tačiau ši teorija kelia abejonių, nes neseniai Kolumbijos universiteto astronomai nustatė juodosios skylės Sagittarius A* palydovus. Paaiškėjo, kad tai daug mažų juodųjų skylių, kurios greičiausiai susiformavo kitaip.

Trečiasis scenarijus yra labiau teorinis ir susijęs su Didžiojo sprogimo teorijos egzistavimu. Visatos formavimosi momentu dalis materijos ir gravitacinių laukų patyrė svyravimus. Kitaip tariant, procesai pasuko kitu keliu, nesusijusiu su žinomais kvantinės mechanikos ir branduolinės fizikos procesais.

Paskutinis scenarijus skirtas branduolinio sprogimo fizikai. Medžiagos gumuluose branduolinių reakcijų metu, veikiant gravitacinėms jėgoms, įvyksta sprogimas, kurio vietoje susidaro juodoji skylė. Medžiaga sprogsta į vidų, sugerdama visas daleles.

Juodųjų skylių egzistavimas ir evoliucija

Apytiksliai suvokus tokių keistų kosminių objektų prigimtį, įdomu dar kai kas. Kokie yra tikrieji juodųjų skylių dydžiai ir kaip greitai jos auga? Juodųjų skylių dydžius lemia jų gravitacinis spindulys. Juodųjų skylių atveju juodosios skylės spindulys nustatomas pagal jos masę ir vadinamas Schwarzschildo spinduliu. Pavyzdžiui, jei objekto masė yra lygi mūsų planetos masei, tada Schwarzschildo spindulys šiuo atveju yra 9 mm. Mūsų pagrindinis šviestuvas yra 3 km spindulio. Vidutinis juodosios skylės, susidariusios vietoje 10⁸ Saulės masių masės žvaigždės, tankis bus artimas vandens tankiui. Tokio darinio spindulys sieks 300 milijonų kilometrų.

Tikėtina, kad tokios milžiniškos juodosios skylės yra galaktikų centre. Iki šiol žinoma 50 galaktikų, kurių centre yra didžiuliai laiko ir erdvės šuliniai. Tokių milžinų masė yra milijardai Saulės masės. Galima tik įsivaizduoti, kokią kolosalią ir monstrišką traukos jėgą turi tokia skylė.

Kalbant apie mažas skylutes, tai yra mini objektai, kurių spindulys siekia nereikšmingas vertes, tik 10¯¹² cm. Tokių trupinių masė yra 10¹⁴. Tokie dariniai atsirado Didžiojo sprogimo metu, tačiau laikui bėgant jų dydis išaugo ir šiandien kosmose puikuojasi kaip monstrai. Dabar mokslininkai bando atkurti sąlygas, kuriomis antžeminėmis sąlygomis susiformavo mažos juodosios skylės. Šiais tikslais atliekami eksperimentai elektronų greitintuvuose, per kuriuos elementarios dalelės pagreitinamos iki šviesos greičio. Pirmieji eksperimentai leido laboratorinėmis sąlygomis gauti kvarko-gliuono plazmą – materiją, kuri egzistavo Visatos formavimosi aušroje. Tokie eksperimentai leidžia tikėtis, kad juodoji skylė Žemėje yra tik laiko klausimas. Ar toks pasiekimas taps visai kitas reikalas. žmogaus mokslas nelaimė mums ir mūsų planetai. Sukūrę dirbtinę juodąją skylę, galime atidaryti Pandoros skrynią.

Naujausi kitų galaktikų stebėjimai leido mokslininkams atrasti juodąsias skyles, kurių matmenys viršija visus įsivaizduojamus lūkesčius ir prielaidas. Su tokiais objektais vykstanti evoliucija leidžia geriau suprasti, kodėl juodųjų skylių masė auga ir kokia yra tikroji jos riba. Mokslininkai padarė išvadą, kad visos žinomos juodosios skylės iki tikrojo dydžio išaugo per 13–14 milijardų metų. Dydžių skirtumas paaiškinamas supančios erdvės tankumu. Jei juodoji skylė turi pakankamai maisto, pasiekiamo jos gravitacinių jėgų, ji sparčiai auga ir pasiekia šimtus ar tūkstančius saulės masių. Taigi tokių objektų, esančių galaktikų centre, gigantiškas dydis. Didžiulis žvaigždžių spiečius, didžiulės tarpžvaigždinių dujų masės suteikia daug maisto augimui. Kai galaktikos susilieja, juodosios skylės gali susijungti ir sudaryti naują supermasyvų objektą.

Sprendžiant iš evoliucinių procesų analizės, įprasta išskirti dvi juodųjų skylių klases:

• objektai, kurių masė 10 kartų didesnė už saulės masę;
• masyvių objektų, kurių masė yra šimtai tūkstančių, milijardai saulės masių.

Yra juodųjų skylių, kurių vidutinė tarpinė masė lygi 100-10 tūkstančių Saulės masių, tačiau jų prigimtis vis dar nežinoma. Kiekvienoje galaktikoje yra maždaug vienas toks objektas. Rentgeno žvaigždžių tyrimas leido M82 galaktikoje rasti dvi vidutinės masės juodąsias skyles 12 milijonų šviesmečių atstumu. Vieno objekto masė svyruoja nuo 200 iki 800 saulės masių. Kitas objektas yra daug didesnis ir jo masė siekia 10-40 tūkstančių Saulės masių. Įdomus tokių objektų likimas. Jie yra šalia žvaigždžių spiečių, palaipsniui juos traukia supermasyvi juodoji skylė, esanti centrinėje galaktikos dalyje.

Mūsų planeta ir juodosios skylės

Nepaisant įkalčių apie juodųjų skylių prigimtį paieškų, mokslo pasaulis yra susirūpinęs dėl juodosios skylės vietos ir vaidmens Paukščių Tako galaktikos ir ypač Žemės planetos likime. Laiko ir erdvės raukšlė, esanti Paukščių Tako centre, palaipsniui sugeria visus aplink jį esančius objektus. Juodojoje skylėje jau prarijo milijonai žvaigždžių ir trilijonai tonų tarpžvaigždinių dujų. Laikui bėgant eilė ateis į Cygnus ir Sagittarius ginklus, kuriuose yra Saulės sistema, apimanti 27 tūkstančių šviesmečių atstumą.

Kita artimiausia supermasyvi juodoji skylė yra centrinėje Andromedos galaktikos dalyje. Jis yra maždaug 2,5 milijono šviesmečių nuo mūsų. Tikriausiai, kol mūsų objektas Šaulys A* užgrius savo galaktiką, turėtume tikėtis dviejų gretimų galaktikų susijungimo. Atitinkamai, dvi supermasyvios juodosios skylės susijungs į vieną, baisaus ir siaubingo dydžio.

Juodosios skylės yra visiškai kitas dalykas. maži dydžiai. Norint praryti Žemės planetą, pakanka poros centimetrų spindulio juodosios skylės. Problema ta, kad pagal savo prigimtį juodoji skylė yra visiškai beveidis objektas. Iš jo pilvo nesklinda jokia radiacija ar spinduliuotė, todėl pastebėti tokį paslaptingą objektą gana sunku. Tik iš arti galite aptikti foninės šviesos lenkimą, o tai rodo, kad šioje Visatos srityje erdvėje yra skylė.

Iki šiol mokslininkai nustatė, kad arčiausiai Žemės esanti juodoji skylė yra objektas V616 Monocerotis. Monstras yra 3000 šviesmečių nuo mūsų sistemos. Tai didelis darinys, jo masė yra 9–13 saulės masių. Kitas netoliese esantis objektas, keliantis grėsmę mūsų pasauliui, yra juodoji skylė Gygnus X-1. Mus nuo šios pabaisos skiria 6000 šviesmečių atstumas. Mūsų kaimynystėje aptiktos juodosios skylės yra dvinarės sistemos dalis, t.y. yra arti žvaigždės, kuri maitina nepasotinamą objektą.

Išvada

Tokių paslaptingų ir paslaptingų objektų, tokių kaip juodosios skylės, egzistavimas erdvėje tikrai verčia mus būti budriems. Tačiau viskas, kas nutinka juodosioms skylėms, nutinka gana retai, atsižvelgiant į Visatos amžių ir didžiulius atstumus. 4,5 milijardo metų Saulės sistema buvo ramybės būsenoje, egzistavusi pagal mums žinomus dėsnius. Per tą laiką prie Saulės sistemos nieko panašaus – nei erdvės iškraipymo, nei laiko klostės – neatsirado. Tikriausiai ne už tai tinkamos sąlygos. Paukščių tako dalis, kurioje yra Saulės žvaigždžių sistema, yra rami ir stabili erdvės sritis.

Mokslininkai pripažįsta, kad juodosios skylės atsiranda neatsitiktinai. Tokie objektai atlieka tvarkdarių vaidmenį Visatoje, naikindami kosminių kūnų perteklių. Kalbant apie pačių monstrų likimą, jų evoliucija dar nėra iki galo ištirta. Yra versija, kad juodosios skylės nėra amžinos ir tam tikrame etape gali nustoti egzistuoti. Jau ne paslaptis, kad tokie objektai yra galingi energijos šaltiniai. Kokia tai energija ir kaip ji matuojama – kitas reikalas.

Stepheno Hawkingo pastangomis mokslui buvo pristatyta teorija, kad juodoji skylė vis tiek skleidžia energiją, nors prarasdama savo masę. Savo prielaidose mokslininkas vadovavosi reliatyvumo teorija, kur visi procesai yra tarpusavyje susiję. Niekas tiesiog nedingsta nepasirodęs kažkur kitur. Bet kuri medžiaga gali būti paversta kita medžiaga, vienos rūšies energijai pereinant į kitą energijos lygį. Taip gali būti su juodosiomis skylėmis, kurios yra perėjimo iš vienos būsenos į kitą portalas.

Jei turite klausimų, palikite juos komentaruose po straipsniu. Mes arba mūsų lankytojai mielai į juos atsakys

Iš visų žmonijai žinomų objektų, esančių kosmose, juodosios skylės sukuria baisiausią ir nesuprantamą įspūdį. Šis jausmas apima beveik kiekvieną žmogų, kai minimos juodosios skylės, nepaisant to, kad žmonija apie jas žino daugiau nei pusantro amžiaus. Pirmosios žinios apie šiuos reiškinius buvo gautos gerokai prieš Einšteino publikacijas apie reliatyvumo teoriją. Tačiau realus šių objektų egzistavimo patvirtinimas buvo gautas ne taip seniai.

Žinoma, juodosios skylės pagrįstai garsėja savo keistomis fizinėmis savybėmis, kurios sukelia dar daugiau paslapčių Visatoje. Jie lengvai meta iššūkį visiems kosminiams fizikos ir kosminės mechanikos dėsniams. Norėdami suprasti visas tokio reiškinio kaip kosminės skylės egzistavimo detales ir principus, turime susipažinti su šiuolaikiniai pasiekimai astronomijoje ir pasitelkite fantaziją, be to, teks peržengti standartinės sąvokos. Kad būtų lengviau suprasti ir susipažinti su erdvės skylėmis, portalo svetainė paruošė daug įdomi informacija, kuris susijęs su šiais reiškiniais Visatoje.

Juodųjų skylių ypatybės iš portalo svetainės

Pirmiausia reikia pastebėti, kad juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro iš gigantiško dydžio ir masės žvaigždžių. Be to, labiausiai puiki savybė ir unikalus kiekvienos juodosios skylės dalykas yra tai, kad jos turi labai stiprią gravitacinę trauką. Objektų traukos prie juodosios skylės jėga viršija antrąjį pabėgimo greitį. Tokie gravitacijos rodikliai rodo, kad net šviesos spinduliai negali ištrūkti iš juodosios skylės veikimo lauko, nes jų greitis yra daug mažesnis.

Traukos ypatumas yra tas, kad jis pritraukia visus objektus, esančius arti. Kuo didesnis objektas, einantis šalia juodosios skylės, tuo daugiau įtakos ir traukos jis gaus. Atitinkamai galime daryti išvadą, kad kuo didesnis objektas, tuo stipriau jį traukia juodoji skylė, o norint išvengti tokios įtakos, kosminis kūnas turi turėti labai didelius judėjimo greičius.

Taip pat galima pastebėti, kad visoje Visatoje nėra kūno, kuris galėtų išvengti juodosios skylės pritraukimo, jei atsidurtų arti, nes net greičiausias šviesos srautas negali išvengti šios įtakos. Einšteino sukurta reliatyvumo teorija puikiai padeda suprasti juodųjų skylių ypatybes. Remiantis šia teorija, gravitacija gali paveikti laiką ir iškraipyti erdvę. Taip pat teigiama, kad kuo didesnis objektas yra kosminėje erdvėje, tuo labiau jis lėtina laiką. Atrodo, kad šalia pačios juodosios skylės laikas visiškai sustoja. Kai nukentėjo erdvėlaivis veiksmų lauke erdvės skylė galima žiūrėti, kaip jis artėjant sulėtėja ir galiausiai visai išnyksta.

Jūs neturėtumėte pernelyg bijoti tokių reiškinių kaip juodosios skylės ir tikėti visa šiuo metu galinčia egzistuoti nemoksline informacija. Visų pirma, turime išsklaidyti labiausiai paplitusią mitą, kad juodosios skylės gali įsiurbti visą aplinką esančią medžiagą ir objektus, o tai darydamos jos didėja ir sugeria vis daugiau. Niekas iš to nėra visiškai tiesa. Taip, iš tiesų, jie gali sugerti kosminius kūnus ir materiją, bet tik tuos, kurie yra tam tikru atstumu nuo pačios skylės. Be galingos gravitacijos, jos mažai kuo skiriasi nuo įprastų milžiniškos masės žvaigždžių. Net kai mūsų Saulė pavirs juodąja skyle, ji galės įsiurbti tik nedideliu atstumu esančius objektus, o visos planetos liks suktis įprastomis orbitomis.

Žvelgiant į reliatyvumo teoriją, galime daryti išvadą, kad visi objektai, turintys stiprią gravitaciją, gali turėti įtakos laiko ir erdvės kreivumui. Be to, kuo didesnė kūno masė, tuo stipresnis bus iškraipymas. Taigi visai neseniai mokslininkai galėjo tai pastebėti praktiškai, kai galėjo apmąstyti kitus objektus, kurie mūsų akims turėjo būti nepasiekiami dėl didžiulių kosminių kūnų, tokių kaip galaktikos ar juodosios skylės. Visa tai įmanoma dėl to, kad netoliese iš juodosios skylės ar kito kūno sklindantys šviesos spinduliai savo gravitacijos įtakoje labai stipriai išlinksta. Toks iškraipymas leidžia mokslininkams pažvelgti kur kas toliau į kosmosą. Tačiau atliekant tokius tyrimus labai sunku nustatyti tikrąją tiriamo kūno vietą.

Juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro dėl supermasyvių žvaigždžių sprogimo. Be to, kad susidarytų juodoji skylė, sprogusios žvaigždės masė turi būti bent dešimt kartų didesnė už Saulės masę. Kiekviena žvaigždė egzistuoja dėl termobranduolinių reakcijų, vykstančių žvaigždės viduje. Šiuo atveju sintezės proceso metu išsiskiria vandenilio lydinys, tačiau jis negali palikti žvaigždės įtakos zonos, nes jo gravitacija pritraukia vandenilį atgal. Visas šis procesas leidžia žvaigždėms egzistuoti. Vandenilio sintezė ir žvaigždės gravitacija yra gana gerai veikiantys mechanizmai, tačiau šios pusiausvyros sutrikimas gali sukelti žvaigždės sprogimą. Daugeliu atvejų tai sukelia branduolinio kuro išeikvojimas.

Priklausomai nuo žvaigždės masės, galimi keli jų vystymosi scenarijai po sprogimo. Taigi masyvios žvaigždės sudaro supernovos sprogimo lauką, o dauguma jų lieka už buvusios žvaigždės šerdies, tokius objektus vadina Baltaisiais nykštukais. Daugeliu atvejų aplink šiuos kūnus susidaro dujų debesis, kurį laiko nykštuko gravitacija. Galimas ir kitas supermasyvių žvaigždžių vystymosi kelias, kuriame susidariusi juodoji skylė labai stipriai pritrauks visą žvaigždės materiją į savo centrą, o tai lems jos stiprų suspaudimą.

Tokie suspausti kūnai vadinami neutroninėmis žvaigždėmis. Rečiausiais atvejais, po žvaigždės sprogimo, mūsų priimtame šio reiškinio supratime, gali susidaryti juodoji skylė. Tačiau norint sukurti skylę, žvaigždės masė turi būti tiesiog milžiniška. Tokiu atveju, sutrikus branduolinių reakcijų pusiausvyrai, žvaigždės gravitacija tiesiog išprotėja. Tuo pačiu metu jis pradeda aktyviai žlugti, o po to tampa tik tašku erdvėje. Kitaip tariant, galime sakyti, kad žvaigždė kaip fizinis objektas nustoja egzistuoti. Nepaisant to, kad ji išnyksta, už jos susidaro vienodos gravitacijos ir masės juodoji skylė.

Būtent žvaigždžių žlugimas lemia tai, kad jos visiškai išnyksta, o jų vietoje susidaro juodoji skylė, kurios fizinės savybės yra tokios pat kaip ir išnykusi žvaigždė. Vienintelis skirtumas yra didesnis skylės suspaudimo laipsnis nei žvaigždės tūris. Dauguma pagrindinė savybė Visos juodosios skylės turi savo išskirtinumą, kuris lemia jų centrą. Ši sritis prieštarauja visiems fizikos, materijos ir erdvės dėsniams, kurie nustoja egzistuoti. Norėdami suprasti singuliarumo sąvoką, galime pasakyti, kad tai yra barjeras, vadinamas kosminiu įvykių horizontu. Tai taip pat yra išorinė juodosios skylės riba. Singuliarumą galima pavadinti negrįžimo tašku, nes čia pradeda veikti milžiniška skylės gravitacinė jėga. Net šviesa, kuri kerta šį barjerą, negali ištrūkti.

Įvykių horizontas turi tokį patrauklų efektą, kuris pritraukia visus kūnus šviesos greičiu, artėjant prie pačios juodosios skylės, greičio indikatoriai dar labiau padidėja. Štai kodėl visi objektai, patenkantys į šios jėgos diapazoną, yra pasmerkti įsiurbti į skylę. Reikėtų pažymėti, kad tokios jėgos gali modifikuoti kūną, pagautą tokios traukos veikimo, po to jos išsitempia į ploną stygą ir visiškai nustoja egzistuoti erdvėje.

Atstumas tarp įvykių horizonto ir singuliarumo gali skirtis, ši erdvė vadinama Schwarzschildo spinduliu. Štai kodėl nei didesnio dydžio juodoji skylė, tuo didesnis bus veikimo spindulys. Pavyzdžiui, galime pasakyti, kad juodosios skylės, kuri buvo tokia pat masyvi kaip mūsų Saulė, Schwarzschildo spindulys būtų trys kilometrai. Atitinkamai, didelės juodosios skylės turi didesnį diapazoną.

Juodųjų skylių paieška yra gana sudėtingas procesas, nes šviesa iš jų negali išeiti. Todėl paieška ir apibrėžimas remiasi tik netiesioginiais jų egzistavimo įrodymais. Labiausiai paprastas metodas Jų radimas, kurį naudoja mokslininkai, yra jų paieška ieškant vietų tamsioje erdvėje, jei jos turi didelę masę. Daugeliu atvejų astronomams pavyksta rasti juodųjų skylių dvinarėse žvaigždžių sistemose arba galaktikų centruose.

Dauguma astronomų yra linkę manyti, kad mūsų galaktikos centre taip pat yra itin galinga juodoji skylė. Šis teiginys kelia klausimą, ar ši skylė galės praryti viską mūsų galaktikoje? Iš tikrųjų tai neįmanoma, nes pati skylė turi tokią pat masę kaip ir žvaigždės, nes ji sukurta iš žvaigždės. Be to, visi mokslininkų skaičiavimai nenumato jokių pasaulinių įvykių, susijusių su šiuo objektu. Be to, dar milijardus metų mūsų galaktikos kosminiai kūnai tyliai suksis aplink šią juodąją skylę be jokių pokyčių. Įrodymai, kad Paukščių Tako centre yra skylė, gali kilti iš mokslininkų užfiksuotų rentgeno bangų. Ir dauguma astronomų yra linkę manyti, kad juodosios skylės aktyviai jas išmeta didžiuliais kiekiais.

Gana dažnai mūsų galaktikoje yra žvaigždžių sistemos, susidedančios iš dviejų žvaigždžių, ir dažnai viena iš jų gali tapti juodąja skyle. Šioje versijoje juodoji skylė sugeria visus savo kelyje esančius kūnus, o aplink ją pradeda suktis medžiaga, dėl kurios susidaro vadinamasis pagreičio diskas. Ypatinga savybė yra ta, kad jis padidina sukimosi greitį ir juda arčiau centro. Išspinduliuoja ta materija, kuri patenka į juodosios skylės vidurį rentgeno spinduliuotė, o pati materija sunaikinama.

Dvejetainių žvaigždžių sistemos yra pačios pirmosios kandidatės į juodosios skylės statusą. Tokiose sistemose lengviausia rasti juodąją skylę dėl matomos žvaigždės tūrio, galima apskaičiuoti jos nematomo brolio rodiklius. Šiuo metu pati pirmoji kandidatė į juodosios skylės statusą gali būti žvaigždė iš Cygnus žvaigždyno, kuri aktyviai skleidžia rentgeno spindulius.

Iš viso to, kas išdėstyta pirmiau, padarę išvadą apie juodąsias skyles, galime pasakyti, kad jos taip nėra pavojingi reiškiniai, žinoma, esant arti, jie yra galingiausi objektai kosminėje erdvėje dėl gravitacijos jėgos. Todėl galime teigti, kad jie niekuo nesiskiria nuo kitų kūnų, jų pagrindinis bruožas yra stiprus gravitacinis laukas.

Buvo pasiūlyta daugybė teorijų apie juodųjų skylių paskirtį, kai kurios iš jų buvo net absurdiškos. Taigi, pasak vieno iš jų, mokslininkai manė, kad juodosios skylės gali pagimdyti naujas galaktikas. Ši teorija remiasi tuo, kad mūsų pasaulis yra gana palanki vieta gyvybės atsiradimui, tačiau pasikeitus vienam iš veiksnių, gyvenimas būtų neįmanomas. Dėl šios priežasties kaitos išskirtinumas ir ypatybės fizines savybes juodosiose skylėse gali atsirasti visiškai nauja Visata, kuri gerokai skirsis nuo mūsų. Tačiau tai tik teorija ir gana silpna dėl to, kad nėra įrodymų apie tokį juodųjų skylių poveikį.

Kalbant apie juodąsias skyles, jos ne tik gali sugerti medžiagą, bet ir išgaruoti. Panašus reiškinys buvo įrodyta prieš kelis dešimtmečius. Dėl šio išgaravimo juodoji skylė gali prarasti visą savo masę ir visiškai išnykti.

Visa tai yra mažiausia informacija apie juodąsias skyles, kurią galite sužinoti portalo svetainėje. Taip pat turime daug įdomios informacijos apie kitus kosminius reiškinius.

Paslaptingos ir sunkiai suvokiamos juodosios skylės. Fizikos dėsniai patvirtina jų egzistavimo visatoje galimybę, tačiau vis dar lieka daug klausimų. Daugybė stebėjimų rodo, kad visatoje yra skylių ir šių objektų yra daugiau nei milijonas.

Kas yra juodosios skylės?

Dar 1915 m., sprendžiant Einšteino lygtis, buvo prognozuojamas „juodųjų skylių“ reiškinys. Tačiau mokslo bendruomenė jais susidomėjo tik 1967 m. Tada jos buvo vadinamos „sugriuvusiomis žvaigždėmis“, „užšalusiomis žvaigždėmis“.

Šiais laikais juodoji skylė yra laiko ir erdvės regionas, turintis tokią gravitaciją, kad iš jos negali ištrūkti net šviesos spindulys.

Kaip susidaro juodosios skylės?

Yra keletas juodųjų skylių atsiradimo teorijų, kurios skirstomos į hipotetines ir realistines. Paprasčiausia ir plačiausiai paplitusi realistinė yra didelių žvaigždžių gravitacinio žlugimo teorija.

Kai pakankamai masyvi žvaigždė prieš „mirtį“ išauga ir tampa nestabili, sunaudodama paskutinį kurą. Tuo pačiu metu žvaigždės masė išlieka nepakitusi, tačiau jos dydis mažėja, kai vyksta vadinamasis tankėjimas. Kitaip tariant, sutankinus sunkią šerdį „krenta“ į save. Lygiagrečiai sutankinimas veda prie staigus padidėjimas temperatūra žvaigždės viduje ir išoriniuose sluoksniuose dangaus kūnas atitrūkti ir suformuoti naujas žvaigždes. Tuo pačiu metu žvaigždės centre šerdis patenka į savo „centrą“. Dėl gravitacinių jėgų veikimo centras subyra iki taško – tai yra, gravitacinės jėgos yra tokios stiprios, kad sugeria sutankintą šerdį. Taip gimsta juodoji skylė, kuri ima iškraipyti erdvę ir laiką taip, kad iš jos negali ištrūkti net šviesa.

Visų galaktikų centre yra supermasyvi juodoji skylė. Pagal Einšteino reliatyvumo teoriją:

"Bet kokia masė iškreipia erdvę ir laiką."

Dabar įsivaizduokite, kaip juodoji skylė iškreipia laiką ir erdvę, nes jos masė yra milžiniška ir kartu suspausta į itin mažą tūrį. Šis gebėjimas sukelia tokią keistenybę:

„Juodosios skylės turi galimybę praktiškai sustabdyti laiką ir suspausti erdvę. Dėl šio didelio iškraipymo skylės mums tampa nematomos.

Jei juodosios skylės nematomos, kaip mes žinome, kad jos egzistuoja?

Taip, nors juodoji skylė yra nematoma, ji turėtų būti pastebima dėl į ją patenkančios medžiagos. Kaip ir žvaigždžių dujos, kurias pritraukia juodoji skylė, artėjant prie įvykių horizonto, dujų temperatūra pradeda kilti iki itin aukštų verčių, o tai lemia švytėjimą. Štai kodėl juodosios skylės šviečia. Dėl šio, nors ir silpno, švytėjimo astronomai ir astrofizikai paaiškina, kad galaktikos centre yra nedidelio tūrio, bet didžiulės masės objektas. Šiuo metu, atlikus stebėjimus, buvo atrasta apie 1000 objektų, kurie savo elgesiu yra panašūs į juodąsias skyles.

Juodosios skylės ir galaktikos

Kaip juodosios skylės gali paveikti galaktikas? Šis klausimas kamuoja mokslininkus visame pasaulyje. Yra hipotezė, pagal kurią juodosios skylės, esančios galaktikos centre, turi įtakos jos formai ir evoliucijai. Ir kad susidūrus dviem galaktikoms juodosios skylės susilieja ir šio proceso metu išsiskiria toks didžiulis energijos ir medžiagos kiekis, kad susidaro naujos žvaigždės.

Juodųjų skylių tipai

• Pagal esama teorija, yra trijų tipų juodosios skylės: žvaigždinės, supermasyvios, miniatiūrinės. Ir kiekvienas iš jų buvo suformuotas ypatingu būdu.
• - Žvaigždžių masės juodosios skylės išauga iki milžiniškų dydžių ir griūva.
  - Supermasyvios juodosios skylės, kurių masė prilygsta milijonams Saulių, greičiausiai egzistuoja beveik visų galaktikų centruose, įskaitant mūsų Paukščių Taką. Mokslininkai vis dar turi skirtingas hipotezes dėl supermasyvių juodųjų skylių susidarymo. Kol kas žinoma tik viena – supermasyvios juodosios skylės – šalutinis produktas galaktikų susidarymas. Supermasyvios juodosios skylės – nuo ​​įprastų skiriasi tuo, kad yra labai didelio dydžio, bet paradoksaliai mažo tankio.
• – Niekam dar nepavyko aptikti miniatiūrinės juodosios skylės, kurios masė būtų mažesnė už Saulės. Gali būti, kad miniatiūrinės skylės galėjo susidaryti netrukus po „Didžiojo sprogimo“, kuris yra tiksli mūsų visatos egzistavimo pradžia (maždaug prieš 13,7 mlrd. metų).
• – Visai neseniai buvo pristatyta nauja sąvoka „baltos juodosios skylės“. Tai vis dar yra hipotetinė juodoji skylė, kuri yra priešinga juodajai skylei. Stephenas Hawkingas aktyviai tyrinėjo baltųjų skylių egzistavimo galimybę.
• – Kvantinės juodosios skylės – jos kol kas egzistuoja tik teoriškai. Kvantinės juodosios skylės gali susidaryti, kai dėl branduolinės reakcijos susiduria itin mažos dalelės.
• – Pirminės juodosios skylės taip pat yra teorija. Jie susiformavo iš karto po atsiradimo.

Šiuo metu jų yra labai daug atviri klausimai, į kuriuos dar turės atsakyti ateities kartos. Pavyzdžiui, ar tikrai gali egzistuoti vadinamosios „kirmgraužės“, kurių pagalba galima keliauti erdvėje ir laike. Kas tiksliai vyksta juodosios skylės viduje ir kokiems dėsniams šie reiškiniai paklūsta. O kaip dėl informacijos dingimo juodojoje skylėje?

Tam, kad susidarytų juodoji skylė, reikia suspausti kūną iki tam tikro kritinio tankio, kad suspausto kūno spindulys būtų lygus jo gravitaciniam spinduliui. Šio kritinio tankio vertė yra atvirkščiai proporcinga juodosios skylės masės kvadratui.

Tipinei žvaigždžių masės juodajai skylei ( M=10M saulės) gravitacinis spindulys yra 30 km, o kritinis tankis yra 2·10 14 g/cm 3, tai yra du šimtai milijonų tonų kubiniame centimetre. Šis tankis yra labai didelis, palyginti su vidutiniu Žemės tankiu (5,5 g/cm3), jis lygus atomo branduolio medžiagos tankiui.

Dėl juodosios skylės galaktikos šerdyje ( M=10 10 M saulės) gravitacinis spindulys yra 3·10 15 cm = 200 AU, tai yra penkis kartus didesnis už atstumą nuo Saulės iki Plutono (1 astronominis vienetas – vidutinis atstumas nuo Žemės iki Saulės – lygus 150 mln. km arba 1,5·10 13 cm). Kritinis tankis šiuo atveju lygus 0,2·10 –3 g/cm 3 , o tai kelis kartus mažesnis už oro tankį, lygus 1,3·10 –3 g/cm 3 (!).

Dėl žemės ( M=3·10 –6 M saulė), gravitacinis spindulys yra artimas 9 mm, o atitinkamas kritinis tankis yra nepaprastai didelis: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, o tai yra 13 dydžių kategorijų didesnis už atomo branduolio tankį.

Jeigu paimtume kokį nors įsivaizduojamą sferinį presą ir suspaustume Žemę, išlaikydami jos masę, tai keturis kartus sumažinus Žemės spindulį (6370 km), antrasis pabėgimo greitis padvigubės ir taps lygus 22,4 km/s. Jei suspaustume Žemę taip, kad jos spindulys būtų maždaug 9 mm, tada antrasis kosminis greitis įgaus reikšmę, lygią šviesos greičiui c= 300 000 km/s.

Toliau preso neprireiks – Žemė, suspausta iki tokio dydžio, jau pati susispaus. Galų gale vietoje Žemės susiformuos juodoji skylė, kurios įvykių horizonto spindulys bus artimas 9 mm (jei neatsižvelgsime į susidariusios juodosios skylės sukimąsi). Realiomis sąlygomis, žinoma, nėra itin galingo preso - gravitacija „veikia“. Štai kodėl juodosios skylės gali susidaryti tik tada, kai žlunga labai masyvių žvaigždžių vidus, kur gravitacija yra pakankamai stipri, kad suspaustų medžiagą iki kritinio tankio.

Žvaigždžių evoliucija

Juodosios skylės susidaro paskutiniuose masyvių žvaigždžių evoliucijos etapuose. Paprastų žvaigždžių gelmėse vyksta termobranduolinės reakcijos, išsiskiria ir palaikoma didžiulė energija aukšta temperatūra(dešimtys ir šimtai milijonų laipsnių). Gravitacinės jėgos linkusios suspausti žvaigždę, o karštų dujų ir spinduliuotės slėgio jėgos priešinasi šiam suspaudimui. Todėl žvaigždė yra hidrostatinėje pusiausvyroje.

Be to, žvaigždė gali egzistuoti šiluminėje pusiausvyroje, kai energijos išsiskyrimas dėl termobranduolinių reakcijų jos centre yra lygiai lygus galiai, kurią žvaigždė skleidžia iš paviršiaus. Žvaigždei susitraukiant ir plečiantis, sutrinka šiluminė pusiausvyra. Jei žvaigždė stovi, tada jos pusiausvyra nustatoma taip, kad žvaigždės neigiama potenciali energija (gravitacinio suspaudimo energija) absoliučia verte visada yra dvigubai didesnė už šiluminę energiją. Dėl šios priežasties žvaigždė turi nuostabus turtas- neigiama šiluminė talpa. Paprasti kūnai turi teigiamą šiluminę talpą: įkaitęs geležies gabalas atvėsęs, tai yra prarasdamas energiją, sumažina savo temperatūrą. Žvaigždės atžvilgiu yra atvirkščiai: kuo daugiau energijos ji praranda spinduliuotės pavidalu, tuo aukštesnė temperatūra jos centre.

Ši iš pirmo žvilgsnio keista savybė turi paprastą paaiškinimą: spinduliuodama žvaigždė lėtai susitraukia. Suspaudimo metu potencinė energija paverčiama krintančių žvaigždės sluoksnių kinetine energija, o jos vidus įkaista. Be to šiluminė energija, kurią žvaigždė gauna dėl suspaudimo, yra dvigubai didesnė nei energija, kuri prarandama spinduliuotės pavidalu. Dėl to pakyla žvaigždės vidaus temperatūra ir vyksta nuolatinė termobranduolinė sintezė. cheminiai elementai. Pavyzdžiui, vandenilio pavertimo heliu reakcija dabartinėje Saulėje vyksta 15 milijonų laipsnių temperatūroje. Kai po 4 milijardų metų Saulės centre visas vandenilis virsta heliu, tolimesnei anglies atomų sintezei iš helio atomų reikės kur kas aukštesnės, apie 100 milijonų laipsnių temperatūros (helio branduolių elektrinis krūvis yra dvigubai didesnis nei vandenilio branduolių, o norint suartinti branduolius helio 10–13 cm atstumu, reikia daug aukštesnės temperatūros). Būtent tokia temperatūra bus užtikrinta dėl neigiamos Saulės šiluminės talpos, kol jos gelmėse užsidegs termobranduolinė helio pavertimo anglimi reakcija.

Baltieji nykštukai

Jei žvaigždės masė yra maža, todėl jos šerdies, paveiktos termobranduolinių transformacijų, masė yra mažesnė nei 1,4 M saulės, cheminių elementų termobranduolinė sintezė gali nutrūkti dėl vadinamojo elektronų dujų išsigimimo žvaigždės šerdyje. Visų pirma, išsigimusių dujų slėgis priklauso nuo tankio, bet nepriklauso nuo temperatūros, nes elektronų kvantinio judėjimo energija yra daug didesnė nei jų šiluminio judėjimo energija.

Didelis išsigimusių elektronų dujų slėgis veiksmingai neutralizuoja gravitacinio suspaudimo jėgas. Kadangi slėgis nepriklauso nuo temperatūros, žvaigždės energijos praradimas spinduliuotės pavidalu nesuspaudžia jos šerdies. Vadinasi, gravitacinė energija neišskiriama kaip papildoma šiluma. Todėl temperatūra besivystančioje išsigimusioje šerdyje nekyla, todėl nutrūksta termobranduolinių reakcijų grandinė.

Išorinis vandenilio apvalkalas, nepaveiktas termobranduolinių reakcijų, atsiskiria nuo žvaigždės šerdies ir sudaro planetinį ūką, švytintį vandenilio, helio ir kitų elementų emisijos linijose. Centrinė kompaktiška ir santykinai karšta išsivysčiusios mažos masės žvaigždės šerdis yra baltoji nykštukė – objektas, kurio spindulys yra maždaug Žemės spindulio (~10 4 km), masė mažesnė nei 1,4 M saulės ir vidutinis tankis apie toną kubiniame centimetre. Baltųjų nykštukų pastebima daug. Bendras jų skaičius galaktikoje siekia 10 10, tai yra apie 10% visos stebimos Galaktikos materijos masės.

Termobranduolinis deginimas išsigimusioje baltojoje nykštukėje gali būti nestabilus ir sukelti branduolinis sprogimas gana masyvi baltoji nykštukė, kurios masė artima vadinamajai Chandrasekhar ribai (1,4 M saulė). Tokie sprogimai atrodo kaip I tipo supernovos, kurių spektre nėra vandenilio linijų, o tik helio, anglies, deguonies ir kitų sunkiųjų elementų linijos.

Neutroninės žvaigždės

Jei žvaigždės šerdis yra išsigimusi, jos masei artėjant prie 1,4 ribos M saulės, įprastas elektronų dujų išsigimimas branduolyje pakeičiamas vadinamuoju reliatyvistiniu išsigimimu.

Degeneruotų elektronų kvantiniai judesiai tampa tokie greiti, kad jų greitis artėja prie šviesos greičio. Tokiu atveju mažėja dujų elastingumas, sumažėja jų gebėjimas atremti gravitacijos jėgas ir žvaigždė patiria gravitacinį kolapsą. Žlugimo metu elektronus pagauna protonai ir įvyksta medžiagos neutronizacija. Dėl to iš masyvios išsigimusios šerdies susidaro neutroninė žvaigždė.

Jei pradinė žvaigždės šerdies masė viršija 1,4 M saulės, tada šerdyje pasiekiama aukšta temperatūra, o elektronų degeneracija nevyksta per visą jos evoliuciją. Šiuo atveju veikia neigiama šiluminė talpa: žvaigždei netekus energijos spinduliuotės pavidalu, jos gelmėse pakyla temperatūra, vyksta nenutrūkstama termobranduolinių reakcijų grandinė, kurios vandenilį paverčia heliu, helią anglimi, anglį deguonimi ir taip toliau, iki geležies grupės elementų. Sunkesnių už geležį elementų branduolių termobranduolinės sintezės reakcija vyksta jau ne išskiriant, o įsisavinant energiją. Todėl, jei žvaigždės šerdies, kurią daugiausia sudaro geležies grupės elementai, masė viršija Chandrasekhar ribą 1,4 M saulė , bet mažesnė už vadinamąją Oppenheimerio–Volkovo ribą ~3 M saulės, tada žvaigždės branduolinės evoliucijos pabaigoje įvyksta gravitacinis branduolio kolapsas, dėl kurio išsilieja išorinis žvaigždės vandenilio apvalkalas, kuris stebimas kaip II tipo supernovos sprogimas, spektre kurios stebimos galingos vandenilio linijos.

Geležies šerdies žlugimas veda į neutroninės žvaigždės susidarymą.

Suspaudus masyvią žvaigždės šerdį, pasiekusią vėlyvą evoliucijos stadiją, temperatūra pakyla iki milžiniškų milijardo laipsnių dydžių, kai atomų branduoliai pradeda skilti į neutronus ir protonus. Protonai sugeria elektronus ir virsta neutronais, išspinduliuojančiais neutrinus. Neutronai pagal kvantinį mechaninį Pauli principą su stipriu suspaudimu pradeda efektyviai atstumti vienas kitą.

Kai griūvančios šerdies masė mažesnė nei 3 M saulė, neutronų greitis yra žymiai mažesnis už šviesos greitį ir medžiagos elastingumas dėl efektyvaus neutronų atstūmimo gali subalansuoti gravitacines jėgas ir lemti stabilios neutroninės žvaigždės susidarymą.

Neutroninių žvaigždžių egzistavimo galimybę 1932 m. pirmą kartą numatė puikus sovietų fizikas Landau iš karto po neutrono atradimo laboratoriniais eksperimentais. Neutroninės žvaigždės spindulys yra artimas 10 km, jos vidutinis tankis siekia šimtus milijonų tonų kubiniame centimetre.

Kai griūvančios žvaigždės šerdies masė didesnė nei 3 M saulės, tada, remiantis esamomis idėjomis, susidariusi neutroninė žvaigždė, vėsdama, subyra į juodąją skylę. Neutroninės žvaigždės griūtį į juodąją skylę taip pat palengvina atvirkštinis žvaigždės apvalkalo dalies kritimas, išmestas supernovos sprogimo metu.

Neutroninė žvaigždė paprastai sukasi greitai, nes normali žvaigždė, kuri ją pagimdė, gali turėti didelį kampinį impulsą. Kai žvaigždės šerdis subyra į neutroninę žvaigždę, būdingi žvaigždės matmenys mažėja nuo R= 10 5 –10 6 km iki R≈ 10 km. Mažėjant žvaigždės dydžiui, mažėja jos inercijos momentas. Norint išlaikyti kampinį momentą, ašinio sukimosi greitis turi smarkiai padidėti. Pavyzdžiui, jei Saulė, besisukanti maždaug per mėnesį, yra suspausta iki neutroninės žvaigždės dydžio, tada sukimosi periodas sumažės iki 10–3 sekundžių.

Pavienės neutroninės žvaigždės, turinčios stiprų magnetinį lauką, pasireiškia kaip radijo pulsarai - griežtai periodinių radijo spinduliuotės impulsų šaltiniai, atsirandantys, kai greito neutroninės žvaigždės sukimosi energija paverčiama nukreipta radijo spinduliuote. Dvejetainėse sistemose besikaupiančios neutroninės žvaigždės demonstruoja rentgeno spindulių pulsaro ir 1 tipo rentgeno spindulių sprogdinimo reiškinį.

Negalima tikėtis griežtai periodiškų juodosios skylės spinduliuotės pulsacijų, nes juodoji skylė neturi matomo paviršiaus ir magnetinis laukas. Kaip dažnai sako fizikai, juodosios skylės neturi „plaukų“ – visi laukai ir visi nehomogeniškumas šalia įvykių horizonto išsiskiria, kai juodoji skylė susidaro iš griūvančios medžiagos gravitacinių bangų srauto pavidalu. Dėl to susidariusi juodoji skylė turi tik tris charakteristikas: masę, kampinį momentą ir elektros krūvį. Visi individualios savybės užmirštamos medžiagos, susidarančios juodajai skylei formuojantis: pavyzdžiui, juodosios skylės, susidarančios iš geležies ir vandens, turi tas pačias charakteristikas.

Kaip ir prognozuota Bendroji teorija reliatyvumo teorija (GR), žvaigždės, kurių geležies šerdies masė evoliucijos pabaigoje viršija 3 M saulė, patirkite neribotą suspaudimą (reliatyvistinį kolapsą) susidarant juodajai skylei. Tai paaiškinama tuo, kad bendrojoje reliatyvumo teorijoje gravitacines jėgas, linkusias suspausti žvaigždę, lemia energijos tankis, o esant milžiniškam medžiagos tankiui, kuris pasiekiamas suspaudžiant tokią masyvią žvaigždės šerdį, pagrindinis indėlis į energijos tankį. Sudaro nebe dalelių poilsio energija, o jų judėjimo ir sąveikos energija. Pasirodo, bendrojoje reliatyvumo teorijoje labai didelio tankio medžiagos slėgis tarsi „pasveria“: su kuo daugiau spaudimo, tuo didesnis energijos tankis, taigi, tuo didesnės gravitacinės jėgos, linkusios suspausti medžiagą. Be to, esant stipriam gravitaciniam laukui, iš esmės svarbus tampa erdvės ir laiko kreivumo poveikis, kuris taip pat prisideda prie neriboto žvaigždės branduolio suspaudimo ir pavertimo juodąja skyle (3 pav.).

Apibendrinant, pastebime, kad mūsų eroje susiformavusios juodosios skylės (pavyzdžiui, juodoji skylė Cygnus X-1 sistemoje), griežtai kalbant, nėra šimtaprocentinės juodosios skylės, nes dėl reliatyvistinio laiko išsiplėtimo tolimam stebėtojui, jų įvykių horizontai vis dar nesusiformavę. Tokių griūvančių žvaigždžių paviršiai stebėtojui Žemėje atrodo sustingę, be galo artėjantys prie įvykių horizonto.

Kad iš tokių griūvančių objektų pagaliau susidarytų juodosios skylės, turime laukti visą be galo ilgą mūsų Visatos egzistavimo laiką. Tačiau reikia pabrėžti, kad jau pirmosiomis reliatyvistinio griūties sekundėmis griūvančios žvaigždės paviršius stebėtojui iš Žemės priartėja labai arti įvykių horizonto ir visi procesai šiame paviršiuje sulėtėja be galo.