เมื่อวันก่อน Stephen Hawking ปลุกเร้าชุมชนวิทยาศาสตร์ด้วยการประกาศว่าหลุมดำไม่มีอยู่จริง หรือค่อนข้างจะไม่ใช่สิ่งที่คิดไว้ก่อนหน้านี้เลย

ตามที่นักวิจัย (ซึ่งอธิบายไว้ในงาน "การอนุรักษ์ข้อมูลและการพยากรณ์อากาศสำหรับหลุมดำ") สิ่งที่เราเรียกว่าหลุมดำสามารถดำรงอยู่ได้โดยปราศจากสิ่งที่เรียกว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์" ซึ่งเกินกว่านั้นไม่มีอะไรสามารถหลบหนีไปได้ ฮอว์คิงเชื่อว่าหลุมดำกักแสงและข้อมูลไว้เพียงชั่วระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น จากนั้นจึง "พ่นออก" กลับไปสู่อวกาศ แม้ว่าจะอยู่ในรูปแบบที่ค่อนข้างบิดเบี้ยวก็ตาม

ในขณะที่ชุมชนวิทยาศาสตร์ย่อยทฤษฎีใหม่นี้ เราก็ตัดสินใจที่จะเตือนผู้อ่านถึงสิ่งที่ถือเป็น "ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับหลุมดำ" จนถึงปัจจุบัน จนกระทั่งบัดนี้จึงเชื่อกันว่า:

หลุมดำได้ชื่อมาจากพวกมันดูดแสงที่สัมผัสกับขอบเขตของมันและไม่สะท้อนแสง

หลุมดำก่อตัวขึ้นเมื่อมีมวลสสารที่ถูกบีบอัดเพียงพอทำให้อวกาศและเวลาบิดเบี้ยว หลุมดำมีพื้นผิวที่เรียกว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์" ซึ่งเป็นจุดที่ไม่มีทางหวนกลับ

นาฬิกาเดินช้ากว่าเมื่อใกล้ระดับน้ำทะเลมากกว่าเวลา สถานีอวกาศและใกล้กับหลุมดำก็จะยิ่งช้าลงอีก มันมีบางอย่างเกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วง

หลุมดำที่ใกล้ที่สุดอยู่ห่างออกไปประมาณ 1,600 ปีแสง

กาแล็กซีของเราเต็มไปด้วยหลุมดำ แต่กาแล็กซีที่อยู่ใกล้ที่สุดที่สามารถทำลายดาวเคราะห์น้อยของเราในทางทฤษฎีนั้นอยู่ไกลเกินกว่าของเรา ระบบสุริยะ.

หลุมดำขนาดใหญ่อยู่ที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก

มันอยู่ห่างจากโลก 30,000 ปีแสง และมีขนาดมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 30 ล้านเท่า

หลุมดำก็ระเหยไปในที่สุด

เชื่อกันว่าไม่มีสิ่งใดสามารถรอดพ้นจากหลุมดำได้ ข้อยกเว้นประการเดียวสำหรับกฎนี้คือรังสี ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนกล่าวว่า เมื่อหลุมดำปล่อยรังสี พวกมันจะสูญเสียมวล จากกระบวนการนี้ หลุมดำอาจหายไปโดยสิ้นเชิง

หลุมดำมีรูปร่างไม่เหมือนกรวย แต่มีลักษณะเหมือนทรงกลม

ในหนังสือเรียนส่วนใหญ่คุณจะเห็นหลุมดำที่มีลักษณะคล้ายกรวย เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ถูกแสดงจากมุมมองของหลุมแรงโน้มถ่วง ในความเป็นจริงพวกมันดูเหมือนทรงกลมมากกว่า

ทุกสิ่งบิดเบี้ยวเมื่อใกล้หลุมดำ

หลุมดำมีความสามารถในการบิดเบือนอวกาศ และเนื่องจากพวกมันหมุนตัว ความบิดเบี้ยวจึงเพิ่มขึ้นเมื่อมันหมุน

หลุมดำสามารถฆ่าคนได้ด้วยวิธีที่น่ากลัว

แม้ว่าจะดูชัดเจนว่าหลุมดำเข้ากันไม่ได้กับสิ่งมีชีวิต แต่คนส่วนใหญ่คิดว่าพวกมันคงจะถูกบดขยี้ที่นั่น ไม่จำเป็น. คุณน่าจะถูกยืดจนตาย เพราะส่วนของร่างกายที่ไปถึง "ขอบฟ้าเหตุการณ์" เป็นครั้งแรกจะอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มากกว่ามาก

หลุมดำไม่ใช่สีดำเสมอไป

แม้ว่าพวกมันจะรู้กันว่าเป็นสีดำ แต่ดังที่เราได้กล่าวไปก่อนหน้านี้ พวกมันปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาจริงๆ

หลุมดำไม่เพียงทำลายได้เท่านั้น

แน่นอนว่าในกรณีส่วนใหญ่นี่เป็นเรื่องจริง อย่างไรก็ตาม มีทฤษฎี การศึกษา และสมมติฐานมากมายที่ว่าหลุมดำสามารถนำมาปรับใช้เพื่อสร้างพลังงานและการเดินทางในอวกาศได้

การค้นพบหลุมดำไม่ใช่ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เพิ่งฟื้นทฤษฎีหลุมดำในปี 1916 นานก่อนหน้านั้น ในปี 1783 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ จอห์น มิทเชลล์ เป็นคนแรกที่พัฒนาทฤษฎีนี้ สิ่งนี้เกิดขึ้นหลังจากที่เขาสงสัยว่าแรงโน้มถ่วงจะรุนแรงมากจนแม้แต่อนุภาคแสงก็ไม่สามารถหลบหนีไปได้

หลุมดำกำลังส่งเสียงพึมพำ

แม้ว่าสุญญากาศของอวกาศจะไม่ส่งคลื่นเสียงออกมาเมื่อฟังด้วยก็ตาม เครื่องมือพิเศษคุณอาจได้ยินเสียงรบกวนจากบรรยากาศ เมื่อหลุมดำดึงบางสิ่งบางอย่างเข้ามา ขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันจะเร่งอนุภาคให้เร็วขึ้นจนเท่ากับความเร็วแสง และพวกมันก็ทำให้เกิดเสียงฮัม

หลุมดำสามารถสร้างองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตได้

นักวิจัยเชื่อว่าหลุมดำสร้างองค์ประกอบต่างๆ เมื่อมันสลายตัวไป อนุภาค- อนุภาคเหล่านี้สามารถสร้างธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมได้ เช่น เหล็กและคาร์บอน และอื่นๆ อีกมากมายที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของสิ่งมีชีวิต

หลุมดำไม่เพียงแต่ “กลืน” เท่านั้น แต่ยัง “คายออกมา” ด้วย

หลุมดำเป็นที่รู้กันว่าดูดทุกสิ่งที่เข้ามาใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ของมัน เมื่อบางสิ่งตกลงไปในหลุมดำ มันจะถูกบีบอัดด้วยแรงมหาศาลจนส่วนประกอบแต่ละส่วนถูกบีบอัดและสลายตัวเป็นอนุภาคย่อยอะตอมในที่สุด นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งทฤษฎีว่าสสารนี้จะถูกขับออกจากสิ่งที่เรียกว่า "หลุมขาว"

สสารใดๆ ก็สามารถกลายเป็นหลุมดำได้

จากมุมมองทางเทคนิค ไม่เพียงแต่ดวงดาวเท่านั้นที่สามารถกลายเป็นหลุมดำได้ หากกุญแจรถของคุณหดตัวลงจนถึงจุดที่เล็กที่สุดโดยยังคงรักษามวลไว้ ความหนาแน่นของกุญแจจะสูงถึงระดับดาราศาสตร์ และแรงโน้มถ่วงของกุญแจก็จะเพิ่มขึ้นเกินกว่าจะเชื่อได้

กฎฟิสิกส์พังทลายลงที่ใจกลางหลุมดำ

ตามทฤษฎี สสารภายในหลุมดำถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นไม่สิ้นสุด และไม่มีอวกาศและเวลาอีกต่อไป เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น กฎฟิสิกส์จะไม่ใช้อีกต่อไป เพียงเพราะจิตใจของมนุษย์ไม่สามารถจินตนาการถึงวัตถุที่มีปริมาตรเป็นศูนย์และความหนาแน่นอนันต์ได้

หลุมดำเป็นตัวกำหนดจำนวนดาวฤกษ์

ตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนกล่าวไว้ จำนวนดาวฤกษ์ในจักรวาลถูกจำกัดด้วยจำนวนหลุมดำ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการที่พวกมันส่งผลต่อเมฆก๊าซและการก่อตัวขององค์ประกอบในส่วนต่างๆ ของเอกภพซึ่งเป็นที่กำเนิดดาวดวงใหม่

จักรวาลอันไร้ขอบเขตเต็มไปด้วยความลับ ปริศนา และความขัดแย้ง แม้ว่า วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในการสำรวจอวกาศ พื้นที่ส่วนใหญ่ในโลกอันกว้างใหญ่นี้ยังคงไม่สามารถเข้าใจได้สำหรับโลกทัศน์ของมนุษย์ เรารู้มากเกี่ยวกับดวงดาว เนบิวลา กระจุกดาว และดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม ในความกว้างใหญ่ของจักรวาล มีวัตถุต่างๆ มากมาย ซึ่งเราสามารถเดาได้เพียงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เรารู้น้อยมากเกี่ยวกับหลุมดำ ข้อมูลพื้นฐานและความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำอยู่บนพื้นฐานของสมมติฐานและการคาดเดา นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ต้องดิ้นรนกับปัญหานี้มานานหลายทศวรรษ หลุมดำในอวกาศคืออะไร? ลักษณะของวัตถุดังกล่าวคืออะไร?

พูดถึงหลุมดำด้วยคำง่ายๆ

หากต้องการจินตนาการว่าหลุมดำมีลักษณะอย่างไร เพียงแค่เห็นหางรถไฟเข้าไปในอุโมงค์ ไฟสัญญาณบนรถคันสุดท้ายจะลดขนาดลงเมื่อรถไฟลึกเข้าไปในอุโมงค์จนหายไปจากการมองเห็นโดยสิ้นเชิง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งเหล่านี้คือวัตถุที่แม้แต่แสงก็หายไปเนื่องจากแรงโน้มถ่วงอันมหาศาล อนุภาคมูลฐาน อิเล็กตรอน โปรตอน และโฟตอนไม่สามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางที่มองไม่เห็นและตกลงไปในเหวแห่งความว่างเปล่าซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรูในอวกาศจึงถูกเรียกว่าสีดำ ภายในไม่มีพื้นที่สว่างแม้แต่น้อย สีดำสนิทและไม่มีที่สิ้นสุด ไม่ทราบสิ่งที่อยู่อีกด้านหนึ่งของหลุมดำ

เครื่องดูดฝุ่นอวกาศนี้มีแรงโน้มถ่วงมหาศาลและสามารถดูดกลืนกาแลคซีทั้งกระจุกและกระจุกดาวทั้งหมดได้ โดยมีเนบิวลาและสสารมืดดูดกลืน สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร? เราคงได้แค่เดาเท่านั้น กฎฟิสิกส์ที่เรารู้จักในกรณีนี้กำลังแตกสลายและไม่ได้ให้คำอธิบายสำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้น สาระสำคัญของความขัดแย้งก็คือในส่วนที่กำหนดของจักรวาล ปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงของวัตถุจะถูกกำหนดโดยมวลของพวกมัน กระบวนการดูดซับโดยวัตถุหนึ่งจากอีกวัตถุหนึ่งไม่ได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ อนุภาคเมื่อถึงจำนวนวิกฤตในพื้นที่หนึ่งแล้ว ก็จะเข้าสู่ปฏิสัมพันธ์อีกระดับหนึ่ง โดยที่แรงโน้มถ่วงกลายเป็นแรงดึงดูด ร่างกาย วัตถุ สสาร หรือสสารเริ่มถูกบีบอัดภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง จนมีความหนาแน่นมหาศาล

กระบวนการที่คล้ายกันโดยประมาณเกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของดาวนิวตรอน โดยที่สสารของดาวฤกษ์ถูกบีบอัดในปริมาตรภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงภายใน อิเล็กตรอนอิสระรวมกับโปรตอนเพื่อสร้างอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า - นิวตรอน ความหนาแน่นของสารนี้มีมหาศาล อนุภาคขนาดเท่าน้ำตาลทรายขาวบริสุทธิ์หนึ่งชิ้นมีน้ำหนักหลายพันล้านตัน ในที่นี้ เป็นการเหมาะสมที่จะระลึกถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยที่อวกาศและเวลาเป็นปริมาณที่ต่อเนื่องกัน ด้วยเหตุนี้ กระบวนการบีบอัดจึงไม่สามารถหยุดลงได้ครึ่งหนึ่ง ดังนั้นจึงไม่มีขีดจำกัด

เป็นไปได้ว่าหลุมดำดูเหมือนหลุมที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง ในขณะเดียวกัน คุณสมบัติของอวกาศและเวลาก็เปลี่ยนแปลงไป โดยบิดเป็นช่องทางของกาล-อวกาศ เมื่อถึงจุดต่ำสุดของช่องทางนี้ สสารใดๆ ก็สลายตัวเป็นควอนตัม หลุมยักษ์ที่อยู่อีกด้านหนึ่งของหลุมดำนี้คืออะไร? บางทีอาจมีพื้นที่อื่นที่มีกฎหมายอื่นบังคับใช้และเวลาไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม

ในบริบทของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทฤษฎีหลุมดำมีลักษณะเช่นนี้ จุดในอวกาศที่แรงโน้มถ่วงอัดสสารใดๆ ให้มีขนาดเท่าจุลทรรศน์นั้นมีแรงดึงดูดขนาดมหึมา ซึ่งแรงดึงดูดจะเพิ่มขึ้นจนถึงอนันต์ ช่วงเวลาหนึ่งปรากฏขึ้น และพื้นที่โค้งงอ ปิดลงที่จุดหนึ่ง วัตถุที่ถูกหลุมดำกลืนเข้าไปนั้นไม่สามารถทนต่อแรงดึงของเครื่องดูดฝุ่นขนาดมหึมานี้ได้อย่างอิสระ แม้แต่ความเร็วแสงซึ่งควอนตัมมีอยู่ก็ไม่ยอมให้อนุภาคมูลฐานเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้ วัตถุใดๆ ที่ไปถึงจุดดังกล่าวจะเลิกเป็นวัตถุวัตถุ ผสานเข้ากับฟองอวกาศ-เวลา

หลุมดำในมุมมองทางวิทยาศาสตร์

หากคุณถามตัวเองว่าหลุมดำก่อตัวได้อย่างไร? จะไม่มีคำตอบที่ชัดเจน มีความขัดแย้งและความขัดแย้งมากมายในจักรวาลที่ไม่สามารถอธิบายได้จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์อนุญาตให้เป็นเพียงคำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับธรรมชาติของวัตถุดังกล่าว แต่กลศาสตร์ควอนตัมและฟิสิกส์ควอนตัมกลับเงียบในกรณีนี้

พยายามอธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นตามกฎฟิสิกส์จะได้ภาพดังนี้ วัตถุที่ก่อตัวขึ้นจากแรงอัดแรงโน้มถ่วงขนาดมหึมาของวัตถุจักรวาลที่มีมวลหรือมวลมหาศาล กระบวนการนี้มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ - การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง คำว่า "หลุมดำ" ได้ยินครั้งแรกในชุมชนวิทยาศาสตร์ในปี 1968 เมื่อนักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ พยายามอธิบายสถานะของการล่มสลายของดวงดาว ตามทฤษฎีของเขา ในสถานที่ของดาวฤกษ์มวลมากที่มีการล่มสลายของแรงโน้มถ่วง ช่องว่างเชิงพื้นที่และขมับปรากฏขึ้น ซึ่งการบีบอัดที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทำงาน ทุกสิ่งที่ดาวดวงนี้ประกอบด้วยนั้นเข้าไปข้างในตัวมันเอง

คำอธิบายนี้ช่วยให้เราสรุปได้ว่าธรรมชาติของหลุมดำไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในจักรวาลแต่อย่างใด ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นภายในวัตถุนี้จะไม่สะท้อนให้เห็นในพื้นที่โดยรอบในทางใดทางหนึ่งด้วยคำว่า "แต่" แรงโน้มถ่วงของหลุมดำมีความรุนแรงมากจนทำให้อวกาศโค้งงอ ทำให้กาแลคซีหมุนรอบหลุมดำ ด้วยเหตุนี้ สาเหตุที่กาแลคซีมีรูปทรงกังหันจึงชัดเจน ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกขนาดใหญ่จะหายไปในก้นบึ้งของหลุมดำมวลมหาศาลจะใช้เวลานานเท่าใด ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือหลุมดำสามารถปรากฏได้ทุกที่ในอวกาศซึ่งพวกมันถูกสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้ เงื่อนไขในอุดมคติ- การพับของเวลาและพื้นที่เช่นนี้จะทำให้ความเร็วอันมหาศาลที่ดาวฤกษ์หมุนรอบและเคลื่อนที่ผ่านอวกาศของกาแลคซีเป็นกลาง เวลาในหลุมดำไหลไปในอีกมิติหนึ่ง ภายในภูมิภาคนี้ ไม่มีกฎแรงโน้มถ่วงใดที่สามารถตีความในแง่ของฟิสิกส์ได้ สถานะนี้เรียกว่าภาวะเอกฐานของหลุมดำ

หลุมดำไม่แสดงสัญญาณบ่งชี้ภายนอก การมีอยู่ของพวกมันสามารถตัดสินได้จากพฤติกรรมของวัตถุอวกาศอื่นที่ได้รับผลกระทบจากสนามโน้มถ่วง ภาพรวมของการต่อสู้ระหว่างความเป็นและความตายเกิดขึ้นที่ขอบของหลุมดำซึ่งถูกปกคลุมไปด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ พื้นผิวกรวยในจินตนาการนี้เรียกว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์" ทุกสิ่งที่เรามองเห็นจนถึงขอบนี้เป็นสิ่งที่จับต้องได้และเป็นวัตถุ

สถานการณ์การก่อตัวของหลุมดำ

จากการพัฒนาทฤษฎีของจอห์น วีลเลอร์ เราสามารถสรุปได้ว่าความลึกลับของหลุมดำไม่น่าจะอยู่ในกระบวนการก่อตัวของมัน การก่อตัวของหลุมดำเกิดขึ้นเนื่องจากการล่มสลายของดาวนิวตรอน ยิ่งไปกว่านั้น มวลของวัตถุดังกล่าวควรมากกว่ามวลดวงอาทิตย์สามเท่าหรือมากกว่านั้น ดาวนิวตรอนหดตัวจนแสงของมันไม่สามารถหนีจากแรงโน้มถ่วงอันคับแคบได้อีกต่อไป ขนาดของดาวฤกษ์สามารถหดตัวได้จนทำให้เกิดหลุมดำมีขีดจำกัด รัศมีนี้เรียกว่ารัศมีความโน้มถ่วง ดาวมวลมากในขั้นตอนสุดท้ายของการพัฒนาควรมีรัศมีความโน้มถ่วงหลายกิโลเมตร

ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้รับหลักฐานทางอ้อมเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำในดาวฤกษ์คู่รังสีเอกซ์หลายสิบดวง ดาวรังสีเอกซ์ พัลซาร์ หรือระเบิดไม่มีพื้นผิวแข็ง นอกจากนี้มวลของมันยังมากกว่ามวลของดวงอาทิตย์สามดวงอีกด้วย สถานะปัจจุบันของอวกาศในกลุ่มดาว Cygnus ซึ่งเป็นดาวรังสีเอกซ์ Cygnus X-1 ช่วยให้เราสามารถติดตามกระบวนการก่อตัวของวัตถุที่น่าสงสัยเหล่านี้ได้

จากการวิจัยและสมมติฐานทางทฤษฎี ปัจจุบันทางวิทยาศาสตร์มีสถานการณ์จำลองสี่ประการสำหรับการก่อตัวของดาวฤกษ์สีดำ:

• การล่มสลายของแรงโน้มถ่วงของดาวมวลมากบน ขั้นตอนสุดท้ายวิวัฒนาการของมัน
• การล่มสลายของภาคกลางของกาแลคซี
• การก่อตัวของหลุมดำในช่วงบิกแบง
• การก่อตัวของหลุมดำควอนตัม

สถานการณ์แรกเป็นสถานการณ์ที่สมจริงที่สุด แต่จำนวนดาวสีดำที่เราคุ้นเคยในปัจจุบันมีมากกว่าจำนวนดาวนิวตรอนที่เรารู้จัก และอายุของจักรวาลก็ไม่ได้มากจนดาวฤกษ์มวลมากจำนวนหนึ่งสามารถผ่านกระบวนการวิวัฒนาการเต็มรูปแบบได้

สถานการณ์ที่สองมีสิทธิ์ที่จะมีชีวิต และมีตัวอย่างที่ชัดเจนของสิ่งนี้ - หลุมดำมวลมหาศาลราศีธนู A* ซึ่งตั้งอยู่ในใจกลางกาแลคซีของเรา มวลของวัตถุนี้คือ 3.7 มวลดวงอาทิตย์ กลไกของเหตุการณ์นี้คล้ายคลึงกับสถานการณ์การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือไม่ใช่ดาวฤกษ์ที่พังทลาย แต่เป็นก๊าซระหว่างดวงดาว ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ก๊าซจะถูกบีบอัดจนมีมวลและความหนาแน่นวิกฤต ในช่วงเวลาวิกฤต สสารจะสลายตัวเป็นควอนตัมและก่อตัวเป็นหลุมดำ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ยังมีข้อสงสัย เนื่องจากเมื่อเร็วๆ นี้นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้ระบุดาวเทียมของหลุมดำราศีธนู A* พวกมันกลายเป็นหลุมดำเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งอาจก่อตัวในลักษณะที่แตกต่างออกไป

สถานการณ์ที่สามนั้นเป็นทฤษฎีมากกว่าและเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของทฤษฎีบิ๊กแบง ในขณะที่กำเนิดเอกภพ ส่วนหนึ่งของสสารและสนามโน้มถ่วงเกิดความผันผวน กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการใช้เส้นทางที่แตกต่างออกไป โดยไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ทราบของกลศาสตร์ควอนตัมและฟิสิกส์นิวเคลียร์

สถานการณ์สุดท้ายมุ่งเน้นไปที่ฟิสิกส์ของการระเบิดนิวเคลียร์ ในกระจุกของสสารในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจะเกิดการระเบิดในบริเวณที่เกิดหลุมดำ สสารระเบิดเข้าด้านในดูดซับอนุภาคทั้งหมด

การดำรงอยู่และวิวัฒนาการของหลุมดำ

การมีความคิดคร่าวๆ เกี่ยวกับธรรมชาติของวัตถุอวกาศแปลก ๆ เช่นนี้ สิ่งอื่นที่น่าสนใจก็คือ หลุมดำมีขนาดที่แท้จริงเท่าไหร่ และพวกมันเติบโตเร็วแค่ไหน? ขนาดของหลุมดำถูกกำหนดโดยรัศมีความโน้มถ่วง สำหรับหลุมดำ รัศมีของหลุมดำจะถูกกำหนดโดยมวลของมัน และเรียกว่า รัศมีชวาร์สชิลด์ ตัวอย่างเช่น หากวัตถุมีมวลเท่ากับมวลของโลก รัศมีชวาร์สชิลด์ในกรณีนี้คือ 9 มม. ดาวหลักของเรามีรัศมี 3 กม. ความหนาแน่นเฉลี่ยของหลุมดำที่เกิดขึ้นแทนที่ดาวฤกษ์ที่มีมวล 10⁸ มวลดวงอาทิตย์จะใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำ รัศมีของการก่อตัวดังกล่าวจะอยู่ที่ 300 ล้านกิโลเมตร

มีแนวโน้มว่าหลุมดำขนาดยักษ์ดังกล่าวจะอยู่ที่ใจกลางกาแลคซี จนถึงปัจจุบันมีการรู้จักกาแลคซี 50 แห่งซึ่งใจกลางมีหลุมเวลาและอวกาศขนาดใหญ่ มวลของดาวยักษ์ดังกล่าวมีมวลหลายพันล้านมวลของดวงอาทิตย์ ใคร ๆ ก็สามารถจินตนาการได้ว่าหลุมดังกล่าวมีแรงดึงดูดขนาดมหึมาและมหึมาเพียงใด

สำหรับรูเล็ก ๆ สิ่งเหล่านี้เป็นวัตถุขนาดเล็กซึ่งมีรัศมีถึงค่าเล็กน้อยเพียง 10µ¹² ซม. มวลของเศษขนมปังดังกล่าวคือ 10¹⁴g การก่อตัวดังกล่าวเกิดขึ้นในช่วงเวลาของบิ๊กแบง แต่เมื่อเวลาผ่านไปพวกมันก็มีขนาดเพิ่มขึ้นและในปัจจุบันก็อวดโฉมในอวกาศในฐานะสัตว์ประหลาด ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามจำลองสภาพที่หลุมดำเล็กๆ ก่อตัวขึ้นในสภาพพื้นดินขึ้นมาใหม่ เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ การทดลองจะดำเนินการในเครื่องชนอิเล็กตรอน ซึ่งอนุภาคมูลฐานจะถูกเร่งด้วยความเร็วแสง การทดลองครั้งแรกทำให้สามารถรับพลาสมาควาร์ก - กลูออนได้ในสภาพห้องปฏิบัติการซึ่งเป็นสสารที่มีอยู่ในช่วงรุ่งสางของการก่อตัวของจักรวาล การทดลองดังกล่าวทำให้เราสามารถหวังว่าหลุมดำบนโลกเป็นเพียงเรื่องของเวลาเท่านั้น ความสำเร็จดังกล่าวจะกลายเป็นเรื่องอื่นหรือไม่นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง วิทยาศาสตร์ของมนุษย์หายนะสำหรับเราและโลกของเรา ด้วยการสร้างหลุมดำเทียม เราสามารถเปิดกล่องแพนโดร่าได้

การสำรวจกาแลคซีอื่นเมื่อเร็วๆ นี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบหลุมดำซึ่งมีขนาดเกินกว่าความคาดหมายและสมมติฐานทั้งหมดเท่าที่จะจินตนาการได้ วิวัฒนาการที่เกิดขึ้นกับวัตถุดังกล่าวทำให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเหตุใดมวลของหลุมดำจึงเพิ่มขึ้น และขีดจำกัดที่แท้จริงของมันคืออะไร นักวิทยาศาสตร์ได้สรุปว่าหลุมดำที่เรารู้จักทั้งหมดเติบโตขึ้นจนมีขนาดตามจริงภายในเวลา 13-14 พันล้านปี ความแตกต่างของขนาดอธิบายได้จากความหนาแน่นของพื้นที่โดยรอบ หากหลุมดำมีอาหารเพียงพอในระยะเอื้อมถึงแรงโน้มถ่วงของมัน มันก็จะเติบโตแบบก้าวกระโดดจนมีมวลหลายร้อยหรือหลายพันเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดังนั้นวัตถุดังกล่าวจึงมีขนาดมหึมาซึ่งอยู่ในใจกลางกาแลคซี กระจุกดาวขนาดมหึมา ก๊าซระหว่างดวงดาวจำนวนมากเป็นแหล่งอาหารอันอุดมสมบูรณ์สำหรับการเจริญเติบโต เมื่อกาแลคซีรวมตัวกัน หลุมดำสามารถรวมตัวกันจนกลายเป็นวัตถุมวลมหาศาลชนิดใหม่ได้

เมื่อพิจารณาจากการวิเคราะห์กระบวนการวิวัฒนาการ เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะหลุมดำออกเป็นสองประเภท:

• วัตถุที่มีมวล 10 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
• วัตถุขนาดใหญ่ซึ่งมีมวลนับแสนล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์

มีหลุมดำที่มีมวลกลางเฉลี่ยเท่ากับ 100-10,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แต่ยังไม่ทราบธรรมชาติของพวกมัน มีวัตถุดังกล่าวประมาณหนึ่งรายการต่อกาแลคซี การศึกษาดาวฤกษ์รังสีเอกซ์ทำให้สามารถค้นพบหลุมดำมวลปานกลาง 2 หลุมที่ระยะห่าง 12 ล้านปีแสงในกาแลคซี M82 มวลของวัตถุหนึ่งจะแปรผันในช่วง 200-800 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ อีกวัตถุหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่ามากและมีมวลประมาณ 10,000-40,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ชะตากรรมของวัตถุดังกล่าวน่าสนใจ พวกมันตั้งอยู่ใกล้กระจุกดาว และค่อยๆ ถูกดึงดูดเข้าสู่หลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางกาแลคซี

โลกของเราและหลุมดำ

แม้จะค้นหาเบาะแสเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำ แต่โลกวิทยาศาสตร์ก็ยังกังวลเกี่ยวกับสถานที่และบทบาทของหลุมดำในชะตากรรมของกาแลคซีทางช้างเผือกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในชะตากรรมของดาวเคราะห์โลก การพับของเวลาและพื้นที่ที่มีอยู่ในใจกลางของทางช้างเผือกจะค่อยๆ ดูดซับวัตถุที่มีอยู่ทั้งหมดรอบๆ มัน ดาวหลายล้านดวงและก๊าซระหว่างดวงดาวหลายล้านล้านตันถูกกลืนหายไปในหลุมดำแล้ว เมื่อเวลาผ่านไป การเลี้ยวจะมาถึงแขนของ Cygnus และ Sagittarius ซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบสุริยะ ครอบคลุมระยะทาง 27,000 ปีแสง

หลุมดำมวลมหาศาลอีกหลุมหนึ่งที่ใกล้ที่สุดตั้งอยู่ในใจกลางของดาราจักรแอนโดรเมดา ห่างจากเราประมาณ 2.5 ล้านปีแสง อาจเป็นไปได้ก่อนที่วัตถุของเราราศีธนู A* จะกลืนกาแลคซีของมันเอง เราควรคาดหวังว่ากาแลคซีสองแห่งที่อยู่ใกล้เคียงจะรวมตัวกัน ดังนั้นหลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมจะรวมตัวกันเป็นหลุมเดียวซึ่งมีขนาดน่ากลัวและน่ากลัว

หลุมดำเป็นเรื่องที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ขนาดเล็ก- หากต้องการกลืนดาวเคราะห์โลก หลุมดำที่มีรัศมีสองสามเซนติเมตรก็เพียงพอแล้ว ปัญหาคือโดยธรรมชาติแล้ว หลุมดำเป็นวัตถุที่ไม่มีรูปร่างเลย ไม่มีรังสีหรือรังสีเล็ดลอดออกมาจากท้องของมัน ดังนั้นจึงค่อนข้างยากที่จะสังเกตเห็นวัตถุลึกลับเช่นนี้ เฉพาะในระยะใกล้เท่านั้นที่คุณสามารถตรวจจับการโค้งงอของแสงพื้นหลัง ซึ่งบ่งชี้ว่ามีรูในอวกาศในภูมิภาคนี้ของจักรวาล

จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุแล้วว่าหลุมดำที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือวัตถุ V616 Monocerotis สัตว์ประหลาดอยู่ห่างจากระบบของเรา 3,000 ปีแสง นี่เป็นการก่อตัวขนาดใหญ่ มีมวล 9-13 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ วัตถุใกล้เคียงอีกแห่งหนึ่งที่เป็นภัยคุกคามต่อโลกของเราคือหลุมดำ Gygnus X-1 เราถูกแยกออกจากสัตว์ประหลาดตัวนี้เป็นระยะทาง 6,000 ปีแสง หลุมดำที่ค้นพบในละแวกบ้านของเราเป็นส่วนหนึ่งของระบบเลขฐานสอง กล่าวคือ มีอยู่ในบริเวณใกล้กับดาวฤกษ์ที่กลืนกินวัตถุที่ไม่รู้จักพอ

บทสรุป

การมีอยู่ของวัตถุลึกลับและลึกลับในอวกาศอย่างหลุมดำบังคับให้เราต้องระวังอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นกับหลุมดำนั้นเกิดขึ้นค่อนข้างน้อย เมื่อพิจารณาจากอายุของจักรวาลและระยะทางอันกว้างใหญ่ เป็นเวลา 4.5 พันล้านปีที่ระบบสุริยะหยุดนิ่ง และดำรงอยู่ตามกฎหมายที่เรารู้จัก ในช่วงเวลานี้ ไม่มีสิ่งใดเช่นนี้ ทั้งการบิดเบือนของอวกาศหรือพับของเวลา ปรากฏขึ้นใกล้กับระบบสุริยะ คงไม่ใช่สำหรับเรื่องนี้ เงื่อนไขที่เหมาะสม- ส่วนหนึ่งของทางช้างเผือกซึ่งมีระบบดาวดวงอาทิตย์อยู่เป็นพื้นที่สงบและมั่นคง

นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าการปรากฏตัวของหลุมดำไม่ใช่เรื่องบังเอิญ วัตถุดังกล่าวมีบทบาทเป็นระเบียบในจักรวาล โดยทำลายร่างกายส่วนเกินของจักรวาล สำหรับชะตากรรมของเหล่าสัตว์ประหลาดนั้น วิวัฒนาการของพวกมันยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างถี่ถ้วน มีรุ่นที่หลุมดำไม่นิรันดร์และ ในระยะหนึ่งอาจหยุดอยู่ได้ ไม่ใช่ความลับอีกต่อไปที่วัตถุดังกล่าวเป็นตัวแทนของแหล่งพลังงานอันทรงพลัง มันเป็นพลังงานชนิดใดและวัดได้อย่างไรนั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง

ด้วยความพยายามของ Stephen Hawking วิทยาศาสตร์จึงถูกนำเสนอด้วยทฤษฎีที่ว่าหลุมดำยังคงปล่อยพลังงานออกมาในขณะที่สูญเสียมวลไป ตามสมมติฐานของเขา นักวิทยาศาสตร์ได้รับคำแนะนำจากทฤษฎีสัมพัทธภาพ ซึ่งกระบวนการทั้งหมดมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ไม่มีอะไรหายไปโดยไม่ปรากฏที่อื่น สสารใดๆ ก็สามารถเปลี่ยนเป็นสสารอื่นได้ โดยพลังงานประเภทหนึ่งจะเคลื่อนไปยังระดับพลังงานอื่น นี่อาจเป็นกรณีของหลุมดำซึ่งเป็นพอร์ทัลเปลี่ยนผ่านจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในความคิดเห็นด้านล่างบทความ เราหรือผู้เยี่ยมชมของเรายินดีที่จะตอบพวกเขา

ในบรรดาวัตถุทั้งหมดที่มนุษย์รู้จักซึ่งอยู่ในอวกาศ หลุมดำสร้างความประทับใจที่น่าขนลุกและไม่อาจเข้าใจได้มากที่สุด ความรู้สึกนี้ครอบคลุมเกือบทุกคนเมื่อมีการกล่าวถึงหลุมดำ แม้ว่ามนุษยชาติจะรู้จักหลุมดำมานานกว่าศตวรรษครึ่งแล้วก็ตาม ความรู้แรกเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้ได้รับมานานก่อนที่ไอน์สไตน์จะตีพิมพ์เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ แต่การยืนยันการมีอยู่จริงของวัตถุเหล่านี้เมื่อไม่นานมานี้

แน่นอนว่าหลุมดำมีชื่อเสียงอย่างถูกต้องจากลักษณะทางกายภาพที่แปลกประหลาด ซึ่งก่อให้เกิดความลึกลับมากยิ่งขึ้นในจักรวาล พวกมันท้าทายกฎจักรวาลของฟิสิกส์และกลศาสตร์จักรวาลได้อย่างง่ายดาย เพื่อที่จะเข้าใจรายละเอียดและหลักการทั้งหมดของการดำรงอยู่ของปรากฏการณ์เช่นหลุมจักรวาล เราจำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับ ความสำเร็จที่ทันสมัยในทางดาราศาสตร์และใช้จินตนาการของคุณนอกจากนี้คุณจะต้องไปไกลกว่านั้น แนวคิดมาตรฐาน- เพื่อความเข้าใจและทำความรู้จักกับช่องว่างได้ง่ายขึ้นพอร์ทัลไซต์ได้เตรียมอะไรไว้มากมาย ข้อมูลที่น่าสนใจซึ่งเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์เหล่านี้ในจักรวาล

คุณสมบัติของหลุมดำจากเว็บไซต์พอร์ทัล

ประการแรก ควรสังเกตว่าหลุมดำไม่ได้มาจากไหนไม่รู้ แต่ก่อตัวจากดาวฤกษ์ที่มีขนาดและมวลขนาดมหึมา ยิ่งไปกว่านั้น คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมและสิ่งพิเศษเกี่ยวกับหลุมดำทุกหลุมก็คือ พวกมันมีแรงดึงโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก แรงดึงดูดของวัตถุต่อหลุมดำมีมากกว่าความเร็วหลบหนีที่สอง ตัวชี้วัดแรงโน้มถ่วงดังกล่าวบ่งชี้ว่าแม้แต่รังสีของแสงก็ไม่สามารถหลุดพ้นจากขอบเขตการกระทำของหลุมดำได้ เนื่องจากมีความเร็วต่ำกว่ามาก

ลักษณะเฉพาะของแรงดึงดูดคือดึงดูดวัตถุทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียง ยิ่งวัตถุที่เคลื่อนผ่านบริเวณหลุมดำมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็จะยิ่งได้รับอิทธิพลและแรงดึงดูดมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่ายิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใด หลุมดำก็จะดึงดูดมันได้มากขึ้นเท่านั้น และเพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลดังกล่าว ร่างกายของจักรวาลจะต้องมีอัตราการเคลื่อนที่ที่สูงมาก

นอกจากนี้ยังปลอดภัยที่จะสังเกตด้วยว่าทั่วทั้งจักรวาลไม่มีวัตถุใดที่สามารถหลีกเลี่ยงการดึงดูดของหลุมดำได้หากพบว่าตัวเองอยู่ใกล้ เนื่องจากแม้แต่กระแสแสงที่เร็วที่สุดก็ไม่สามารถรอดพ้นอิทธิพลนี้ได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งพัฒนาโดยไอน์สไตน์นั้นยอดเยี่ยมในการทำความเข้าใจคุณลักษณะของหลุมดำ ตามทฤษฎีนี้ แรงโน้มถ่วงสามารถมีอิทธิพลต่อเวลาและบิดเบือนอวกาศได้ นอกจากนี้ยังระบุด้วยว่ายิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งทำให้เวลาช้าลงมากขึ้นเท่านั้น ในบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดำนั้น เวลาดูเหมือนจะหยุดลงโดยสิ้นเชิง เมื่อโดน ยานอวกาศในด้านการดำเนินการ รูอวกาศใครๆ ก็เฝ้าดูมันช้าลงเมื่อมันเข้ามาใกล้ และหายไปในที่สุด

คุณไม่ควรกลัวปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น หลุมดำ มากเกินไป และเชื่อข้อมูลที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์ทั้งหมดที่อาจมีอยู่ในขณะนี้ ก่อนอื่น เราต้องกำจัดความเชื่อผิด ๆ ที่พบบ่อยที่สุดที่ว่าหลุมดำสามารถดูดสสารและวัตถุรอบตัวพวกมันได้ และเมื่อมันทำเช่นนั้น พวกมันก็จะขยายใหญ่ขึ้นและดูดซับมากขึ้นเรื่อย ๆ สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด ใช่ จริงๆ แล้ว พวกมันสามารถดูดซับวัตถุและสสารของจักรวาลได้ แต่เฉพาะวัตถุที่อยู่ในระยะห่างจากหลุมเท่านั้น นอกจากแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังแล้ว พวกมันก็ไม่ได้แตกต่างจากดาวฤกษ์ทั่วไปที่มีมวลขนาดมหึมามากนัก แม้ว่าดวงอาทิตย์ของเราจะกลายเป็นหลุมดำ มันก็จะสามารถดูดวัตถุที่อยู่ไม่ไกลออกไปได้เท่านั้น และดาวเคราะห์ทุกดวงจะยังคงหมุนอยู่ในวงโคจรปกติของมัน

จากทฤษฎีสัมพัทธภาพ เราสามารถสรุปได้ว่าวัตถุทั้งหมดที่มีแรงโน้มถ่วงสูงสามารถมีอิทธิพลต่อความโค้งของเวลาและอวกาศได้ นอกจากนี้ ยิ่งมวลกายมากขึ้น ความบิดเบี้ยวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นสิ่งนี้ในทางปฏิบัติ เมื่อพวกเขาสามารถพิจารณาวัตถุอื่นๆ ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยตาของเรา เนื่องจากมีวัตถุในจักรวาลขนาดใหญ่ เช่น กาแล็กซีหรือหลุมดำ ทั้งหมดนี้เป็นไปได้เนื่องจากความจริงที่ว่ารังสีแสงที่ส่องผ่านบริเวณใกล้เคียงจากหลุมดำหรือวัตถุอื่นนั้นโค้งงออย่างแรงมากภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของพวกมัน การบิดเบือนประเภทนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองออกไปในอวกาศได้ไกลขึ้นมาก แต่ด้วยการศึกษาดังกล่าว เป็นการยากมากที่จะระบุตำแหน่งที่แท้จริงของร่างกายที่กำลังศึกษา

หลุมดำไม่ได้ปรากฏขึ้นมาจากที่ไหนเลย พวกมันก่อตัวขึ้นจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมหาศาล ยิ่งกว่านั้น เพื่อให้หลุมดำก่อตัวได้ มวลของดาวฤกษ์ที่ระเบิดจะต้องมีมวลมากกว่ามวลดวงอาทิตย์อย่างน้อยสิบเท่า ดาวแต่ละดวงมีอยู่เนื่องจากปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ ในกรณีนี้ โลหะผสมไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการฟิวชัน แต่ไม่สามารถออกจากพื้นที่อิทธิพลของดาวฤกษ์ได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงดึงดูดไฮโดรเจนกลับมา กระบวนการทั้งหมดนี้ทำให้ดาวฤกษ์ดำรงอยู่ได้ การสังเคราะห์ไฮโดรเจนและแรงโน้มถ่วงของดาวเป็นกลไกที่ค่อนข้างทำงานได้ดี แต่การหยุดชะงักของสมดุลนี้อาจนำไปสู่การระเบิดของดาวได้ ในกรณีส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ มีหลายสถานการณ์สำหรับการพัฒนาหลังการระเบิดที่เป็นไปได้ ดังนั้น ดาวฤกษ์มวลมากจึงก่อตัวเป็นสนามระเบิดซูเปอร์โนวา และส่วนใหญ่ยังคงอยู่ด้านหลังแกนกลางของดาวฤกษ์ดวงเดิม ในกรณีส่วนใหญ่ เมฆก๊าซก่อตัวรอบๆ วัตถุเหล่านี้ ซึ่งถูกยึดไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวแคระ อีกเส้นทางหนึ่งสำหรับการพัฒนาดาวฤกษ์มวลมหาศาลก็เป็นไปได้เช่นกัน ซึ่งหลุมดำที่เกิดขึ้นจะดึงดูดสสารทั้งหมดของดาวฤกษ์มาที่ศูนย์กลางอย่างแรง ซึ่งจะนำไปสู่การบีบอัดที่รุนแรง

วัตถุที่ถูกบีบอัดดังกล่าวเรียกว่าดาวนิวตรอน ในกรณีที่หายากที่สุด หลังจากการระเบิดของดาวฤกษ์ การก่อตัวของหลุมดำตามความเข้าใจที่เรายอมรับเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ก็เป็นไปได้ แต่สำหรับการสร้างหลุม มวลของดาวฤกษ์จะต้องมีขนาดมหึมา ในกรณีนี้ เมื่อสมดุลของปฏิกิริยานิวเคลียร์หยุดชะงัก แรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ก็จะบ้าคลั่ง ในเวลาเดียวกันมันก็เริ่มพังทลายลงหลังจากนั้นก็กลายเป็นเพียงจุดหนึ่งในอวกาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถพูดได้ว่าดาวฤกษ์ในฐานะวัตถุทางกายภาพนั้นไม่มีอยู่จริงอีกต่อไป แม้ว่าหลุมดำจะหายไป แต่ด้านหลังหลุมดำที่มีแรงโน้มถ่วงและมวลเท่ากันก็ก่อตัวขึ้น

การล่มสลายของดาวฤกษ์นำไปสู่ความจริงที่ว่าพวกมันหายไปโดยสิ้นเชิง และหลุมดำก็ก่อตัวขึ้นโดยมีคุณสมบัติทางกายภาพเช่นเดียวกับดาวที่หายไปแทน ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือระดับการบีบอัดของรูที่มากกว่าปริมาตรของดาวฤกษ์ ที่สุด คุณสมบัติหลักหลุมดำทั้งหมดมีความเอกภาวะซึ่งกำหนดจุดศูนย์กลางของมัน พื้นที่นี้ฝ่าฝืนกฎแห่งฟิสิกส์ สสาร และอวกาศซึ่งไม่มีอยู่จริงอีกต่อไป เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเรื่องเอกภาวะ เราสามารถพูดได้ว่านี่คือสิ่งกีดขวางที่เรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์จักรวาล นอกจากนี้ยังเป็นขอบเขตด้านนอกของหลุมดำอีกด้วย ภาวะเอกฐานสามารถเรียกได้ว่าเป็นจุดที่ไม่หวนกลับเนื่องจากมีแรงโน้มถ่วงขนาดมหึมาของหลุมเริ่มทำหน้าที่ แม้แต่แสงที่ลอดผ่านม่านกั้นนี้ก็ไม่สามารถหลบหนีได้

ขอบฟ้าเหตุการณ์มีเอฟเฟกต์ที่น่าดึงดูดใจซึ่งดึงดูดวัตถุทั้งหมดด้วยความเร็วแสง เมื่อคุณเข้าใกล้หลุมดำ ตัวบ่งชี้ความเร็วจะเพิ่มขึ้นอีก นั่นคือสาเหตุที่วัตถุทั้งหมดที่ตกอยู่ในช่วงแรงนี้ถึงวาระที่จะถูกดูดเข้าไปในรู ควรสังเกตว่ากองกำลังดังกล่าวสามารถปรับเปลี่ยนร่างกายที่ถูกจับโดยการกระทำของแรงดึงดูดดังกล่าว หลังจากนั้นพวกมันก็ยืดออกเป็นเส้นบาง ๆ และจากนั้นก็หยุดอยู่ในอวกาศโดยสมบูรณ์

ระยะห่างระหว่างขอบฟ้าเหตุการณ์และภาวะเอกฐานอาจแตกต่างกันไป พื้นที่นี้เรียกว่ารัศมีชวาร์สชิลด์ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมมากกว่า ขนาดใหญ่ขึ้นหลุมดำ ระยะของการกระทำก็จะกว้างขึ้น ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดได้ว่าหลุมดำที่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ของเราจะมีรัศมีชวาร์สชิลด์สามกิโลเมตร ดังนั้นหลุมดำขนาดใหญ่จึงมีช่วงที่กว้างกว่า

การค้นหาหลุมดำเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างยากเพราะแสงไม่สามารถหลุดรอดไปได้ ดังนั้นการค้นหาและคำจำกัดความจึงขึ้นอยู่กับหลักฐานทางอ้อมของการดำรงอยู่เท่านั้น ที่สุด วิธีการง่ายๆการค้นหาพวกมันซึ่งนักวิทยาศาสตร์ใช้คือการค้นหาพวกมันโดยการค้นหาสถานที่ในอวกาศมืดหากมีมวลมาก ในกรณีส่วนใหญ่ นักดาราศาสตร์สามารถค้นหาหลุมดำในระบบดาวคู่หรือในใจกลางกาแลคซีได้

นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่ายังมีหลุมดำที่ทรงพลังอย่างยิ่งที่ใจกลางกาแลคซีของเรา ข้อความนี้ทำให้เกิดคำถามว่าหลุมนี้สามารถกลืนทุกสิ่งในกาแล็กซีของเราได้หรือไม่? ในความเป็นจริง มันเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากหลุมนั้นมีมวลเท่ากับดวงดาว เพราะมันถูกสร้างขึ้นจากดาวฤกษ์ ยิ่งกว่านั้น การคำนวณของนักวิทยาศาสตร์ทุกคนไม่ได้ทำนายเหตุการณ์ทั่วโลกที่เกี่ยวข้องกับวัตถุนี้ ยิ่งไปกว่านั้น ไปอีกหลายพันล้านปี เนื้อจักรวาลในกาแล็กซีของเราจะหมุนรอบหลุมดำนี้อย่างเงียบ ๆ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ หลักฐานของการมีอยู่ของหลุมตรงกลางทางช้างเผือกอาจมาจากคลื่นรังสีเอกซ์ที่นักวิทยาศาสตร์บันทึกไว้ และนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าหลุมดำปล่อยพวกมันออกมาในปริมาณมหาศาล

บ่อยครั้งในกาแลคซีของเรามีระบบดาวที่ประกอบด้วยดาวสองดวง และบ่อยครั้งหนึ่งในนั้นอาจกลายเป็นหลุมดำได้ ในเวอร์ชันนี้ หลุมดำดูดซับวัตถุทั้งหมดที่ขวางหน้า ในขณะที่สสารเริ่มหมุนรอบมัน เนื่องจากมีจานความเร่งเกิดขึ้น คุณสมบัติพิเศษคือเพิ่มความเร็วในการหมุนและเคลื่อนเข้าใกล้จุดศูนย์กลางมากขึ้น มันเป็นเรื่องที่ตกลงไปกลางหลุมดำที่ปล่อยออกมา การฉายรังสีเอกซ์และสสารนั้นก็ถูกทำลายไป

ระบบดาวคู่เป็นตัวเลือกแรกๆ ที่มีสถานะเป็นหลุมดำ ในระบบดังกล่าว การหาหลุมดำได้ง่ายที่สุด เนื่องจากปริมาตรของดาวฤกษ์ที่มองเห็น จึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณตัวบ่งชี้ของพี่น้องที่มองไม่เห็นของมัน ปัจจุบัน ตัวเลือกแรกสำหรับสถานะของหลุมดำอาจเป็นดาวฤกษ์จากกลุ่มดาวหงส์ ซึ่งปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาอย่างแข็งขัน

เมื่อสรุปจากทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นเกี่ยวกับหลุมดำ เราสามารถพูดได้ว่าไม่เป็นเช่นนั้น ปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายแน่นอน ในกรณีที่อยู่ใกล้กัน พวกมันเป็นวัตถุที่ทรงพลังที่สุดในอวกาศเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าพวกมันไม่ได้แตกต่างจากวัตถุอื่นๆ มากนัก คุณสมบัติหลักของพวกมันคือสนามโน้มถ่วงที่รุนแรง

มีการเสนอทฤษฎีจำนวนมากเกี่ยวกับจุดประสงค์ของหลุมดำ ซึ่งบางทฤษฎีก็ไร้สาระด้วยซ้ำ ดังนั้นหนึ่งในนั้น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำสามารถให้กำเนิดกาแลคซีใหม่ได้ ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานอยู่บนความจริงที่ว่าโลกของเราเป็นสถานที่ที่ค่อนข้างเอื้ออำนวยต่อการกำเนิดของชีวิต แต่ถ้าปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเปลี่ยนแปลงไป ชีวิตก็จะเป็นไปไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ความแปลกประหลาดและคุณลักษณะของการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกายภาพในหลุมดำสามารถก่อให้เกิดจักรวาลใหม่โดยสิ้นเชิงซึ่งจะแตกต่างไปจากของเราอย่างมาก แต่นี่เป็นเพียงทฤษฎีและทฤษฎีที่ค่อนข้างอ่อนแอเนื่องจากไม่มีหลักฐานยืนยันผลกระทบของหลุมดำดังกล่าว

สำหรับหลุมดำ ไม่เพียงแต่สามารถดูดซับสสารได้เท่านั้น แต่ยังสามารถระเหยได้อีกด้วย ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันได้รับการพิสูจน์เมื่อหลายสิบปีก่อน การระเหยนี้อาจทำให้หลุมดำสูญเสียมวลทั้งหมดแล้วหายไปโดยสิ้นเชิง

ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลที่เล็กที่สุดเกี่ยวกับหลุมดำที่คุณสามารถหาได้จากเว็บไซต์พอร์ทัล เรายังมีข้อมูลที่น่าสนใจอีกมากมายเกี่ยวกับปรากฏการณ์จักรวาลอื่นๆ

หลุมดำลึกลับและเข้าใจยาก กฎแห่งฟิสิกส์ยืนยันความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของพวกมันในจักรวาล แต่คำถามมากมายยังคงอยู่ การสังเกตจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าหลุมมีอยู่จริงในจักรวาลและมีวัตถุเหล่านี้มากกว่าหนึ่งล้านชิ้น

หลุมดำคืออะไร?

ย้อนกลับไปในปี 1915 เมื่อแก้สมการของไอน์สไตน์ ก็ทำนายปรากฏการณ์เช่น "หลุมดำ" ได้ อย่างไรก็ตาม ชุมชนวิทยาศาสตร์เริ่มสนใจสิ่งเหล่านี้ในปี พ.ศ. 2510 เท่านั้น ต่อมาจึงถูกเรียกว่า "ดาวถล่ม" หรือ "ดาวเยือกแข็ง"

ทุกวันนี้ หลุมดำเป็นขอบเขตของเวลาและพื้นที่ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงมากจนแม้แต่รังสีแสงก็ไม่สามารถหลบหนีออกไปได้

หลุมดำก่อตัวได้อย่างไร?

มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับการปรากฏตัวของหลุมดำ ซึ่งแบ่งออกเป็นเรื่องสมมุติและความเป็นจริง ทฤษฎีความเป็นจริงที่ง่ายที่สุดและแพร่หลายที่สุดคือทฤษฎีการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

เมื่อดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอก่อน "ความตาย" จะมีขนาดเพิ่มขึ้นและไม่เสถียรโดยใช้เชื้อเพลิงสุดท้ายจนหมด ในเวลาเดียวกัน มวลของดาวฤกษ์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ขนาดของมันจะลดลงเมื่อสิ่งที่เรียกว่าความหนาแน่นเกิดขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่ออัดแน่น แกนที่หนักจะ “ตกลง” เข้าไปในตัวมันเอง ควบคู่ไปกับสิ่งนี้การบดอัดจะนำไปสู่การ เพิ่มขึ้นอย่างมากอุณหภูมิภายในดาวฤกษ์และชั้นนอก เทห์ฟากฟ้าแตกสลายและก่อตัวเป็นดาวดวงใหม่ ในเวลาเดียวกัน แกนกลางของดาวฤกษ์ตกลงไปอยู่ใน "ศูนย์กลาง" ของมันเอง อันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงโน้มถ่วง ศูนย์กลางจึงยุบตัวลงจนถึงจุดหนึ่ง นั่นคือ แรงโน้มถ่วงมีความแข็งแกร่งมากจนดูดซับแกนกลางที่ถูกอัดแน่น นี่คือวิธีที่หลุมดำถือกำเนิดขึ้น ซึ่งเริ่มบิดเบือนอวกาศและเวลา แม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีออกไปได้

ที่ใจกลางกาแลคซีทั้งหมดมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์:

“มวลใดๆ ก็ตามจะบิดเบือนอวกาศและเวลา”

ทีนี้ลองจินตนาการดูว่าหลุมดำบิดเบือนเวลาและพื้นที่ได้มากเพียงใด เนื่องจากมีมวลมหาศาลและในเวลาเดียวกันก็ถูกบีบให้เป็นปริมาตรที่เล็กมาก ความสามารถนี้ทำให้เกิดสิ่งแปลกประหลาดดังต่อไปนี้:

“หลุมดำมีความสามารถในการหยุดเวลาและบีบอัดพื้นที่ได้จริง เนื่องจากการบิดเบือนที่รุนแรงนี้ หลุมต่างๆ จึงมองไม่เห็นสำหรับเรา”

หากมองไม่เห็นหลุมดำ เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามีหลุมดำอยู่?

ใช่ แม้ว่าหลุมดำจะมองไม่เห็น แต่ก็ควรจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเนื่องจากมีสสารที่ตกลงไปในนั้น เช่นเดียวกับก๊าซดาวฤกษ์ซึ่งถูกดึงดูดโดยหลุมดำ เมื่อเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ อุณหภูมิของก๊าซจะเริ่มสูงขึ้นจนถึงค่าที่สูงเป็นพิเศษซึ่งนำไปสู่การเรืองแสง นี่คือสาเหตุที่หลุมดำเรืองแสง ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จึงอธิบายการมีอยู่ของวัตถุที่มีปริมาตรน้อย แต่มีมวลมหาศาล แม้ว่าจะอ่อนแอและเรืองแสงได้ จากการสังเกตการณ์ในปัจจุบัน มีการค้นพบวัตถุประมาณ 1,000 ชิ้นซึ่งมีพฤติกรรมคล้ายกับหลุมดำ

หลุมดำและกาแล็กซี

หลุมดำส่งผลต่อกาแลคซีได้อย่างไร? คำถามนี้รบกวนนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก มีสมมติฐานว่าหลุมดำที่อยู่ใจกลางกาแลคซีมีอิทธิพลต่อรูปร่างและวิวัฒนาการของมัน และเมื่อกาแลคซีสองแห่งชนกัน หลุมดำก็รวมกัน และในระหว่างกระบวนการนี้ พลังงานและสสารจำนวนมหาศาลก็ถูกปล่อยออกมาจนเกิดดาวดวงใหม่

ประเภทของหลุมดำ

• ตามทฤษฎีที่มีอยู่ หลุมดำมีสามประเภท: ดาวฤกษ์ มวลมหาศาล และขนาดจิ๋ว และแต่ละอันก็ถูกสร้างขึ้นในลักษณะพิเศษ
• - หลุมดำที่มีมวลดาวฤกษ์ ขยายตัวจนมีขนาดมหึมาและยุบตัวลง
  - หลุมดำมวลมหาศาลซึ่งมีมวลเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์หลายล้านดวง มีแนวโน้มที่จะมีอยู่ที่ใจกลางกาแลคซีเกือบทั้งหมด รวมทั้งทางช้างเผือกของเราด้วย นักวิทยาศาสตร์ยังคงมีสมมติฐานที่แตกต่างกันเกี่ยวกับการก่อตัวของหลุมดำมวลมหาศาล จนถึงตอนนี้ มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่รู้ - หลุมดำมวลมหาศาล - ผลพลอยได้การก่อตัวของกาแลคซี หลุมดำมวลมหาศาล - พวกมันแตกต่างจากหลุมดำทั่วไปตรงที่พวกมันมีขนาดใหญ่มาก แต่มีความหนาแน่นต่ำอย่างขัดแย้งกัน
• - ยังไม่มีใครสามารถตรวจจับหลุมดำขนาดเล็กที่มีมวลน้อยกว่าดวงอาทิตย์ได้ เป็นไปได้ว่าหลุมขนาดเล็กอาจเกิดขึ้นได้ไม่นานหลังจาก "บิ๊กแบง" ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นที่แน่นอนของการดำรงอยู่ของเอกภพของเรา (ประมาณ 13.7 พันล้านปีก่อน)
• - เมื่อไม่นานมานี้ มีการนำเสนอแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า "หลุมดำขาว" นี่ยังคงเป็นหลุมดำสมมุติ ซึ่งอยู่ตรงข้ามกับหลุมดำ Stephen Hawking ศึกษาความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของหลุมขาวอย่างแข็งขัน
• - หลุมดำควอนตัม - พวกมันมีอยู่ในทางทฤษฎีเท่านั้นจนถึงตอนนี้ หลุมดำควอนตัมสามารถก่อตัวขึ้นได้เมื่ออนุภาคขนาดเล็กพิเศษชนกันอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์
• - หลุมดำปฐมภูมิก็เป็นทฤษฎีเช่นกัน พวกมันถูกสร้างขึ้นทันทีหลังจากกำเนิด

ขณะนี้มีจำนวนมาก คำถามเปิดซึ่งยังไม่มีใครได้รับคำตอบจากคนรุ่นต่อๆ ไป ตัวอย่างเช่น สิ่งที่เรียกว่า "รูหนอน" มีอยู่จริง ซึ่งสามารถเดินทางผ่านอวกาศและเวลาได้ เกิดอะไรขึ้นภายในหลุมดำกันแน่ และปรากฏการณ์เหล่านี้ปฏิบัติตามกฎอะไร แล้วการหายตัวไปของข้อมูลในหลุมดำล่ะ?

เพื่อให้หลุมดำก่อตัวขึ้น จำเป็นต้องบีบอัดวัตถุให้มีความหนาแน่นวิกฤติเพื่อให้รัศมีของวัตถุที่ถูกบีบอัดเท่ากับรัศมีความโน้มถ่วง ค่าของความหนาแน่นวิกฤตินี้จะแปรผกผันกับกำลังสองของมวลของหลุมดำ

สำหรับหลุมดำมวลดาวฤกษ์ทั่วไป ( ม=10มดวงอาทิตย์) รัศมีความโน้มถ่วงคือ 30 กม. และความหนาแน่นวิกฤติคือ 2·10 14 g/cm 3 ซึ่งก็คือ 200 ล้านตันต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ความหนาแน่นนี้สูงมากเมื่อเทียบกับความหนาแน่นเฉลี่ยของโลก (5.5 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) ซึ่งเท่ากับความหนาแน่นของสารในนิวเคลียสของอะตอม

สำหรับหลุมดำที่ใจกลางกาแลคซี ( ม=10 10 มดวงอาทิตย์) รัศมีความโน้มถ่วงคือ 3·10 15 ซม. = 200 AU ซึ่งเป็นระยะทางห้าเท่าของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ถึงดาวพลูโต (1 หน่วยดาราศาสตร์ - ระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์ - เท่ากับ 150 ล้านกิโลเมตร หรือ 1.5·10 13 ซม.) ความหนาแน่นวิกฤติในกรณีนี้คือ 0.2·10 –3 กรัม/ซม. 3 ซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศหลายเท่า เท่ากับ 1.3·10 –3 กรัม/ซม. 3 (!)

เพื่อแผ่นดิน ( ม=3·10 –6 มดวงอาทิตย์) มีรัศมีความโน้มถ่วงอยู่ใกล้ 9 มม. และความหนาแน่นวิกฤตที่สอดคล้องกันนั้นสูงอย่างมาก: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3 ซึ่งมีขนาด 13 ลำดับความสำคัญสูงกว่าความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอม

หากเราใช้การกดทรงกลมในจินตนาการและบีบอัดโลก โดยคงมวลของมันไว้ เมื่อเราลดรัศมีของโลก (6370 กม.) ลงสี่เท่า ความเร็วหลบหนีที่สองของมันจะเพิ่มขึ้นสองเท่าและเท่ากับ 22.4 กม./วินาที หากเราบีบอัดโลกจนมีรัศมีประมาณ 9 มม. ความเร็วจักรวาลที่สองจะมีค่าเท่ากับความเร็วแสง ค= 300000 กม./วินาที

นอกจากนี้ไม่จำเป็นต้องมีการกด - โลกที่ถูกบีบอัดจนขนาดนี้จะบีบอัดตัวเองแล้ว ในที่สุดหลุมดำจะก่อตัวแทนที่โลก โดยมีรัศมีของขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งจะอยู่ใกล้ 9 มม. (หากเราละเลยการหมุนของหลุมดำที่เกิดขึ้น) แน่นอนว่าในสภาวะจริง ไม่มีแรงกดใดที่มีพลังมหาศาล - แรงโน้มถ่วง "ได้ผล" นี่คือสาเหตุที่หลุมดำสามารถก่อตัวได้ก็ต่อเมื่อภายในของดาวมวลมากยุบตัวลง ซึ่งแรงโน้มถ่วงมีมากพอที่จะอัดสสารให้มีความหนาแน่นวิกฤต

วิวัฒนาการของดวงดาว

หลุมดำก่อตัวขึ้นในขั้นตอนสุดท้ายของวิวัฒนาการของดาวมวลมาก ในส่วนลึกของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ของดาวธรรมดาเกิดขึ้น พลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาและคงไว้ ความร้อน(หลายสิบหลายร้อยล้านองศา) แรงโน้มถ่วงมีแนวโน้มที่จะบีบอัดดาวฤกษ์ และแรงกดดันของก๊าซร้อนและการแผ่รังสีจะต้านทานแรงอัดนี้ ดังนั้นดาวฤกษ์จึงอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิต

นอกจากนี้ ดาวฤกษ์สามารถดำรงอยู่ในสมดุลทางความร้อนได้ เมื่อพลังงานที่ปล่อยออกมาเนื่องจากปฏิกิริยาแสนสาหัสที่ใจกลางของดาวฤกษ์นั้นเท่ากับพลังงานที่ดาวฤกษ์ปล่อยออกมาจากพื้นผิวทุกประการ เมื่อดาวหดตัวและขยายตัว สมดุลทางความร้อนจะหยุดชะงัก หากดาวฤกษ์หยุดนิ่ง ความสมดุลของมันจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่ว่าพลังงานศักย์เชิงลบของดาว (พลังงานของการอัดแรงโน้มถ่วง) ในค่าสัมบูรณ์จะเป็นสองเท่าของพลังงานความร้อนเสมอ ด้วยเหตุนี้ดาวจึงมี คุณสมบัติที่น่าทึ่ง- ความจุความร้อนติดลบ วัตถุธรรมดามีความจุความร้อนเป็นบวก: เหล็กร้อนชิ้นหนึ่งซึ่งเย็นลงนั่นคือการสูญเสียพลังงานทำให้อุณหภูมิลดลง สำหรับดาวฤกษ์ สิ่งที่ตรงกันข้ามก็คือ: ยิ่งสูญเสียพลังงานในรูปของการแผ่รังสีมาก อุณหภูมิที่ใจกลางดาวฤกษ์ก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

คุณลักษณะที่แปลกประหลาดเมื่อมองแวบแรกนี้มีคำอธิบายง่ายๆ คือ ดาวฤกษ์ที่แผ่รังสีจะหดตัวอย่างช้าๆ ในระหว่างการบีบอัด พลังงานศักย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของชั้นดาวฤกษ์ที่ตกลงมา และภายในดาวฤกษ์จะร้อนขึ้น นอกจากนี้ พลังงานความร้อนซึ่งดาวฤกษ์ได้มาจากการบีบอัด มีค่าเป็น 2 เท่าของพลังงานที่สูญเสียไปในรูปของรังสี ส่งผลให้อุณหภูมิภายในดาวฤกษ์เพิ่มขึ้น และเกิดการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัสอย่างต่อเนื่อง องค์ประกอบทางเคมี- ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมในดวงอาทิตย์ปัจจุบันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 15 ล้านองศา หลังจากผ่านไป 4 พันล้านปี ในใจกลางดวงอาทิตย์ ไฮโดรเจนทั้งหมดกลายเป็นฮีเลียม เพื่อการสังเคราะห์อะตอมคาร์บอนจากอะตอมฮีเลียมต่อไป จะต้องมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมาก ประมาณ 100 ล้านองศา (ประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสฮีเลียม เป็นสองเท่าของนิวเคลียสของไฮโดรเจน และการที่จะทำให้นิวเคลียสเข้าใกล้กันมากขึ้นด้วยฮีเลียมที่ระยะ 10–13 ซม. ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่ามาก) มันเป็นอุณหภูมิที่แน่นอนที่จะมั่นใจได้เนื่องจากความจุความร้อนติดลบของดวงอาทิตย์ตามเวลาที่ปฏิกิริยาแสนสาหัสของการเปลี่ยนฮีเลียมเป็นคาร์บอนถูกจุดชนวนในส่วนลึก

ดาวแคระขาว

หากมวลของดาวฤกษ์มีขนาดเล็ก มวลของแกนกลางที่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของเทอร์โมนิวเคลียร์จะน้อยกว่า 1.4 มดวงอาทิตย์ ปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสขององค์ประกอบทางเคมีอาจยุติลงเนื่องจากสิ่งที่เรียกว่าความเสื่อมของก๊าซอิเล็กตรอนในแกนกลางของดาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งความดันของก๊าซเสื่อมนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เนื่องจากพลังงานของการเคลื่อนที่ควอนตัมของอิเล็กตรอนนั้นมากกว่าพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของพวกมันมาก

แรงดันสูงของก๊าซอิเล็กตรอนเสื่อมจะต่อต้านแรงอัดจากแรงโน้มถ่วงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากความดันไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การสูญเสียพลังงานของดาวฤกษ์ในรูปของการแผ่รังสีจึงไม่ทำให้เกิดการบีบอัดแกนกลางของมัน ดังนั้นพลังงานความโน้มถ่วงจึงไม่ถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อนเพิ่มเติม ดังนั้นอุณหภูมิในแกนเสื่อมที่กำลังพัฒนาจึงไม่เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักของปฏิกิริยาลูกโซ่แสนสาหัส

เปลือกไฮโดรเจนชั้นนอกไม่ได้รับผลกระทบจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ แยกตัวออกจากแกนกลางของดาวฤกษ์และก่อตัวเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ เรืองแสงในแนวการปล่อยก๊าซไฮโดรเจน ฮีเลียม และองค์ประกอบอื่นๆ แกนกลางอัดแน่นและค่อนข้างร้อนของดาวฤกษ์มวลน้อยที่พัฒนาแล้วคือดาวแคระขาว ซึ่งเป็นวัตถุที่มีรัศมีเรียงตามรัศมีของโลก (~10.4 กม.) ซึ่งมีมวลน้อยกว่า 1.4 มดวงอาทิตย์และมีความหนาแน่นเฉลี่ยประมาณหนึ่งตันต่อลูกบาศก์เซนติเมตร มีการสังเกตดาวแคระขาวเป็นจำนวนมาก จำนวนทั้งหมดในกาแล็กซี่ถึง 10 10 นั่นคือประมาณ 10% ของมวลรวมของสสารที่สังเกตได้ของกาแล็กซี

การเผาไหม้ด้วยความร้อนนิวเคลียร์ในดาวแคระขาวที่เสื่อมโทรมอาจไม่เสถียรและนำไปสู่ การระเบิดของนิวเคลียร์เป็นดาวแคระขาวที่มีมวลค่อนข้างมากซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับขีดจำกัดที่เรียกว่าจันทรเศขา (1.4 มดวงอาทิตย์). การระเบิดดังกล่าวดูเหมือนซุปเปอร์โนวาประเภท 1 ซึ่งไม่มีเส้นไฮโดรเจนในสเปกตรัม มีเพียงเส้นของฮีเลียม คาร์บอน ออกซิเจน และธาตุหนักอื่นๆ

ดาวนิวตรอน

หากแกนกลางของดาวฤกษ์เสื่อมลง เมื่อมวลเข้าใกล้ขีดจำกัด 1.4 มดวงอาทิตย์ ความเสื่อมตามปกติของก๊าซอิเล็กตรอนในนิวเคลียสจะถูกแทนที่ด้วยสิ่งที่เรียกว่าความเสื่อมเชิงสัมพัทธภาพ

การเคลื่อนที่ควอนตัมของอิเล็กตรอนที่เสื่อมสภาพจะเร็วมากจนความเร็วของพวกมันเข้าใกล้ความเร็วแสง ในกรณีนี้ ความยืดหยุ่นของก๊าซลดลง ความสามารถในการต่อต้านแรงโน้มถ่วงลดลง และดาวฤกษ์ประสบกับการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ในระหว่างการล่มสลาย โปรตอนจับอิเล็กตรอน และเกิดนิวตรอนของสาร สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของดาวนิวตรอนจากแกนกลางที่เสื่อมสภาพขนาดใหญ่

ถ้ามวลเริ่มต้นของแกนกลางดาวฤกษ์เกิน 1.4 มดวงอาทิตย์ จึงทำให้แกนกลางมีอุณหภูมิสูง และการเสื่อมของอิเล็กตรอนจะไม่เกิดขึ้นตลอดวิวัฒนาการ ในกรณีนี้ ความจุความร้อนเชิงลบทำงานได้: เมื่อดาวสูญเสียพลังงานในรูปของการแผ่รังสี อุณหภูมิในส่วนลึกของมันจะเพิ่มขึ้น และเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่แสนสาหัสของปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม ฮีเลียมเป็นคาร์บอน คาร์บอนเป็นออกซิเจน และ ไปจนถึงธาตุหมู่เหล็ก ปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสของนิวเคลียสของธาตุที่หนักกว่าเหล็กจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไปเมื่อมีการปลดปล่อย แต่เกิดจากการดูดซับพลังงาน ดังนั้น หากมวลของแกนกลางดาวฤกษ์ซึ่งประกอบด้วยธาตุหมู่เหล็กเป็นส่วนใหญ่ เกินขีดจำกัดจันทรเศขารที่ 1.4 มดวงอาทิตย์ แต่น้อยกว่าขีดจำกัดที่เรียกว่าออพเพนไฮเมอร์–วอลคอฟ ~3 มดวงอาทิตย์ เมื่อสิ้นสุดวิวัฒนาการนิวเคลียร์ของดาวฤกษ์ การล่มสลายของแกนกลางด้วยแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เปลือกไฮโดรเจนด้านนอกของดาวหลุดออกไป ซึ่งสังเกตได้ว่าเป็นการระเบิดของซูเปอร์โนวาประเภท II ในสเปกตรัมของ ซึ่งสังเกตเห็นเส้นไฮโดรเจนอันทรงพลัง

การพังทลายของแกนเหล็กทำให้เกิดดาวนิวตรอน

เมื่อแกนกลางมวลมากของดาวฤกษ์ซึ่งถึงขั้นวิวัฒนาการตอนปลายถูกบีบอัด อุณหภูมิจะสูงขึ้นจนมีค่ามหาศาลถึงหนึ่งพันล้านองศา เมื่อนิวเคลียสของอะตอมเริ่มแตกออกเป็นนิวตรอนและโปรตอน โปรตอนดูดซับอิเล็กตรอนและกลายเป็นนิวตรอนและปล่อยนิวตริโนออกมา นิวตรอนตามหลักการของเปาลีกลควอนตัมที่มีแรงอัดสูงจะเริ่มผลักกันอย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อมวลของแกนกลางที่ยุบตัวน้อยกว่า 3 มดวงอาทิตย์ ความเร็วนิวตรอนจะน้อยกว่าความเร็วแสงอย่างมาก และความยืดหยุ่นของสสารเนื่องจากการผลักกันของนิวตรอนอย่างมีประสิทธิผล สามารถปรับสมดุลของแรงโน้มถ่วง และนำไปสู่การก่อตัวของดาวนิวตรอนที่เสถียร

ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของดาวนิวตรอนถูกทำนายครั้งแรกในปี พ.ศ. 2475 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียตผู้มีชื่อเสียง Landau ทันทีหลังจากการค้นพบนิวตรอนในการทดลองในห้องปฏิบัติการ รัศมีของดาวนิวตรอนอยู่ใกล้ 10 กม ความหนาแน่นเฉลี่ยมีปริมาณหลายร้อยล้านตันต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

เมื่อมวลของแกนดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวมีค่ามากกว่า 3 มดวงอาทิตย์ ตามแนวคิดที่มีอยู่ ดาวนิวตรอนที่เกิดขึ้นซึ่งเย็นลงและยุบตัวลงเป็นหลุมดำ การล่มสลายของดาวนิวตรอนในหลุมดำมีสาเหตุมาจากการตกแบบย้อนกลับของเปลือกดาวบางส่วน ซึ่งถูกปล่อยออกมาระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวา

โดยปกติแล้วดาวนิวตรอนจะหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วเพราะดาวปกติที่ให้กำเนิดดาวฤกษ์นั้นอาจมีโมเมนตัมเชิงมุมที่มีนัยสำคัญ เมื่อแกนกลางของดาวฤกษ์ยุบตัวเป็นดาวนิวตรอน ขนาดคุณลักษณะของดาวฤกษ์จะลดลง ร= 10 5 –10 6 กม. ถึง ร➤ 10 กม. เมื่อขนาดของดาวฤกษ์ลดลง โมเมนต์ความเฉื่อยของดาวฤกษ์จะลดลง เพื่อรักษาโมเมนตัมเชิงมุม ความเร็วของการหมุนตามแนวแกนจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น หากดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองด้วยคาบประมาณหนึ่งเดือน ถูกบีบอัดให้มีขนาดเท่าดาวนิวตรอน คาบการหมุนรอบตัวเองจะลดลงเหลือ 10 –3 วินาที

ดาวนิวตรอนเดี่ยวที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูงปรากฏเป็นพัลซาร์วิทยุซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของการปล่อยคลื่นวิทยุเป็นระยะอย่างเคร่งครัดซึ่งเกิดขึ้นเมื่อพลังงานของการหมุนอย่างรวดเร็วของดาวนิวตรอนถูกแปลงเป็นการปล่อยคลื่นวิทยุโดยตรง ในระบบดาวคู่ การสะสมดาวนิวตรอนจะแสดงปรากฏการณ์ของพัลซาร์รังสีเอกซ์และระเบิดรังสีเอกซ์ประเภท 1

ไม่มีใครสามารถคาดหวังการแผ่รังสีเป็นช่วงๆ อย่างเคร่งครัดจากหลุมดำได้ เนื่องจากหลุมดำไม่มีพื้นผิวที่สังเกตได้และ สนามแม่เหล็ก- ดังที่นักฟิสิกส์มักพูดกันว่าหลุมดำไม่มี "เส้นผม" - สนามทั้งหมดและความไม่สอดคล้องกันทั้งหมดใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์จะถูกปล่อยออกมาเมื่อหลุมดำก่อตัวขึ้นจากการยุบสสารในรูปของกระแสคลื่นความโน้มถ่วง ผลที่ได้คือหลุมดำที่เกิดขึ้นจะมีคุณลักษณะเพียงสามประการเท่านั้น ได้แก่ มวล โมเมนตัมเชิงมุม และประจุไฟฟ้า ทั้งหมด คุณสมบัติส่วนบุคคลสสารที่ยุบตัวระหว่างการก่อตัวของหลุมดำจะถูกลืมไป ตัวอย่างเช่น หลุมดำที่เกิดจากเหล็กและจากน้ำมีสิ่งอื่นที่เท่าเทียมกันและมีลักษณะเหมือนกัน

ตามที่คาดการณ์ไว้ ทฤษฎีทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพ (GR) ดาวฤกษ์ที่มีมวลแกนเหล็กเมื่อสิ้นสุดวิวัฒนาการเกิน 3 เอ็ม ซันสัมผัสประสบการณ์การบีบอัดไม่จำกัด (การล่มสลายเชิงสัมพันธ์) ด้วยการก่อตัวของหลุมดำ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงที่มีแนวโน้มที่จะบีบอัดดาวฤกษ์นั้นถูกกำหนดโดยความหนาแน่นของพลังงาน และที่ความหนาแน่นมหาศาลของสสารที่เกิดขึ้นระหว่างการบีบอัดแกนกลางดาวมวลมากเช่นนั้น ซึ่งเป็นส่วนสำคัญต่อความหนาแน่นของพลังงาน ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยพลังงานที่เหลือของอนุภาคอีกต่อไป แต่เกิดจากพลังงานของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน ปรากฎว่าในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปความดันของสารที่มีความหนาแน่นสูงมากดูเหมือนจะ "มีน้ำหนัก" ในตัวมันเอง: ด้วยอะไร กดดันมากขึ้นยิ่งมีความหนาแน่นของพลังงานมากเท่าไร แรงโน้มถ่วงที่มีแนวโน้มจะบีบอัดสสารก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ ภายใต้สนามโน้มถ่วงที่รุนแรง ผลกระทบของความโค้งของกาล-อวกาศมีความสำคัญขั้นพื้นฐาน ซึ่งยังก่อให้เกิดการบีบอัดแกนกลางของดาวอย่างไม่จำกัดและการเปลี่ยนสภาพเป็นหลุมดำ (รูปที่ 3)

โดยสรุป เราสังเกตว่าหลุมดำที่ก่อตัวขึ้นในยุคของเรา (เช่น หลุมดำในระบบ Cygnus X-1) พูดอย่างเคร่งครัดไม่ใช่หลุมดำร้อยเปอร์เซ็นต์ เนื่องจากเนื่องจากการขยายเวลาเชิงสัมพัทธภาพสำหรับผู้สังเกตการณ์ระยะไกล ขอบเขตเหตุการณ์ของพวกเขายังไม่เกิดขึ้น พื้นผิวของดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวดังกล่าวปรากฏต่อผู้สังเกตการณ์บนโลกในฐานะน้ำแข็ง และเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ของพวกมันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

เพื่อให้หลุมดำจากวัตถุที่ยุบตัวดังกล่าวก่อตัวขึ้นในที่สุด เราต้องรอเวลาอันยาวนานของการดำรงอยู่ของจักรวาลของเรา อย่างไรก็ตาม ควรเน้นย้ำว่าในช่วงวินาทีแรกของการล่มสลายเชิงสัมพัทธภาพ พื้นผิวของดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวสำหรับผู้สังเกตการณ์จากโลกเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์อย่างมาก และกระบวนการทั้งหมดบนพื้นผิวนี้ก็ช้าลงอย่างไม่มีที่สิ้นสุด