Черные діри вселенной

Реферат на задану тему: «Чорні діри Всесвіту «.

Владивосток 2000.

Черные діри вселенной_____________________________3 Гіпотези і парадоксы______________________________6 Заключение_______________________________________14 Список використаної литературы_________________15.

Чорні діри вселенной.

У цьому вся явище, здавалося, міститься стільки незрозумілого, майже містичного, що й Альберт Ейнштейн, чиї теорії, щодо справи, породили уявлення про чорні діри, сам просто більше не вірив у їхнє існування. Сьогодні астрофізики дедалі більше переконуються, що чорні діри — це реальность.

Математичні розрахунки доводять — невидимі гіганти є. Чотири роки тому група американських і японських астрономів направила свій телескоп на сузір'я Хортів Псів, на що знаходиться там спіральну туманність М106. Ця галактика віддалений від нас стало на 20 мільйонів світлових років, та її можна навіть з допомогою аматорського телескопа. Багато хто розцінював, що вона така сама, як тисячі інших галактик. При уважному вивченні виявилося, що з туманності М106 є одна рідкісна особливість — у її центральній частині існує природний квантовий генератор — мазер. Це газові хмари, у яких молекули завдяки зовнішньої «накачуванню» випромінюють радіохвилі в мікрохвильової області. Мазер допомагає точно визначити своє місце розташування і швидкість хмари, й у результаті - та інших небесних тел.

Японський астроном Макото Мионис та його колеги під час спостережень туманності М106 виявили дивна поведінка її космічного мазера. Виявилося, що хмари обертаються навколо якогось центру, віддаленого від нього на 0,5 світлового року. Особливо заінтригувала астрономів особливість цього обертання: периферійні верстви хмар переміщалися чотирма мільйона кілометри на годину! Це засвідчує тому, що у центрі зосереджена гігантська маса. За розрахунками вона дорівнює 36 мільйонам сонячних масс.

[pic].

М106 — не єдина галактика, де підозрюється чорна діра. У туманності Андромеди, швидше за все, також є і тривало приблизно така сама щодо маси — 37 мільйонів Сонць. Передбачається, що у галактиці М87 — надзвичайно інтенсивному джерелі радіовипромінювання — виявлено чорна діра, у якій зосереджено 2 мільярда мас Сонця! Рис. 1 Галактика М87.

Лише вісник радіохвиль то, можливо чорної дірою, ще повністю закритою «капсулою» викривленого простору. Радянський фізик Яків Зельдович та її американський колега Едвін Солпитер повідомили про розробленої ними моделі. Модель показала: чорна діра притягує газ з навколишнього простору, і спочатку він в диск поруч із нею. Від сутичок частинок газ розігрівається, втрачає енергію, швидкість й починає спіраллю наближатися до чорну дірку. Газ, нагрітий за кілька мільйонів градусів, утворює вихор, має форму воронки. Його частки мчать зі швидкістю 100 тисячі кілометрів в секунду. Зрештою вихор газу сягає «горизонту подій» і вона навічно зникає у чорній дыре.

Мазер в галактиці М106, про яку йшлося у на самому початку, перебуває у газовому диску. Чорні діри, які виникають під Всесвіту, судячи з того, що спостерігали американські і японські астрономи в спіральної туманності М106, мають незрівнянно більша, що, про які говорить теорія Оппенгеймера. Він розглянув випадок колапсу однієї зірки, маса якої більше трьох сонячних. Але як утворюються такі гіганти, які астрономи вже спостерігають, пояснень поки нет.

Останні комп’ютерні моделі показали, що газова хмара, що у центрі народжуваної галактики, може викликати величезну чорну діру. Але інший шлях розвитку: скупчення газу спочатку розпадається силою-силенною іще дрібних хмар, що дадуть життя великому числу зірок. Проте й тому, в іншому цьому випадку частина космічного газу під дією власної гравітації зрештою закінчить свою еволюцію в вигляді чорної дыры.

З цієї гіпотезі чорна діра є у кожної галактиці, у цьому однині і з нашого, разів у центрі Чумацького Пути.

[pic].

Спостереження про систем подвійних зірок, як у телескоп видно лише однієї зірка, дають підстави вважати, що невидимий партнер — чорна діра. Зірки цієї пари розташовані таким близьким одна в іншу, що невидима маса «висмоктує» речовина видимої зірки й поглинає його. У деяких випадках вдається визначити час обороту зірки навколо її невидимого партнера й відстанню до невидимки, що дозволяє розрахувати приховану від спостереження массу.

Перший кандидат ж на таку модель — пара, виявлена на початку 70-х років. Вона в сузір'ї Лебєдя (позначена індексом Cygnus XI) і випускає рентгенівські промені. Тут обертаються гаряча блакитна зірка, і, по всієї ймовірності, чорна діра з безліччю, рівної 16 масам Сонця. Інша пара (V404) має невидиму масу о 12-й Рис. 2 Cygnus XI сонячних. Ще одна підозрювана пара — рентгенівський джерело (LMCX3) о дев’ятій сонячних мас перебуває у Великому Магелланова Облаке.

Всі ці випадки добре пояснюються в міркуваннях Джона Мишелла про «темних зірках». У 1783 року він писав: «Якщо світні тіла обертаються навколо невидимого чогось, ми мали бути зацікавленими може з руху цього обертового тіла з відомою ймовірністю дійти невтішного висновку про існування цього центрального тела».

Гіпотези і парадоксы.

Загальна теорія відносності, як відомо, передбачила, що маса викривляє простір. І вже чотири роки по опублікування роботи Ейнштейна цей ефекту виявлено астрономами. За повної сонячному затьмаренні, проводячи спостереження з телескопом, астрономи бачили зірки, які насправді були закриті краєм чорного місячного диска, покрывшего Сонце. Під впливом сонячної гравітації зображення зірок змістилися. (тут вражає що й точність виміру, оскільки змістилися вони менше, ніж одну тисячну градуса!).

Астрономи нині достеменно знають, що під впливом «лінзи тяжіння», якою є важкі зірки й, передусім чорні діри, реальні позиції багатьох небесних тіл насправді відрізняються від тих, що нам бачаться з Землі. Далекі галактики вигляд матимуть нам безформними і у вигляді «капсули». Це означає: тяжіння настільки велике і простір так закручено, що світло відбувається за колу. Воістину там можна побачити те, що відбувається поза углом.

Уявімо цілком неймовірне: якийсь відважний космонавт вирішив направити свій корабель до чорну дірку, щоб пізнати її таємниці. Що він побачить у тому фантастичному путешествии?

Із наближенням до мети годинник на космічний корабель дедалі більше відставати — це з теорії відносності. На підльоті до мети наш мандрівник виявиться як у трубі, кільцем оточуючої чорну діру, але здаватиметься, що він летить що зовсім прямому тунелю, а не із широкого кола. Але космонавта чекає ще більше дивовижне явище: потрапивши за «обрій подій» і рухаючись у трубі, він бачитиме свою спину, свій затылок…

Загальна теорія відносності каже, що поняття «зовні» і «всередині» немає об'єктивного сенсу, вони відносні як і вказівки «наліво» чи «направо», «вгору» чи «вниз». Усе це парадоксальна плутанина з напрямами дуже погано цілком узгоджується з нашими повсякденними оценками.

Щойно корабель перетне кордон чорної діри, люди прийшли на Землі не зможуть нічого побачити речей, що в ній відбуватиметься. На кораблі зупиняться годинник, усі барви будуть змішані убік червоного кольору: світло втратить частина енергії боротьби з гравітацією. Усі предмети набудуть дивні спотворені обриси. І, нарешті, навіть Якщо ця чорна діра буде всього вдвічі важче, чим наша Сонце, тяжіння стане сильним, що і корабель, та її гіпотетичний капітан будуть витягнуті в шнурок і розірвані. Матерія, потрапила всередину чорної діри, зможе протистояти силам, манливим її до центра. Мабуть, матерія розпадеться і піде на сингулярне стан. Згідно з деякими уявленням, ця розпалася матерія стане частиною якоїсь інший Всесвіту — чорні діри пов’язують наш космос коїться з іншими мирами.

[pic].

Як і тіла у природі, зірки не залишаються незмінними, вони народжуються, еволюціонують, і, нарешті «вмирають ». Щоб простежити життєвий шлях зірок і зрозуміти, як вони старіють, треба зазначити, як вони виникають. У минулому здавалося великий загадкою; сучасні астрономи вже можуть із великий упевненістю докладно описати шляху, які ведуть появі яскравих зірок на нашому нічному небосводе.

Не недавно астрономи вважали, що у освіту зірки з межзвёздных газу та пилу потрібні мільйони. Та протягом останніх ж роки були отримані разючі фотографії області неба, входить до складу Великий Туманності Оріона, де вже протягом кілька років з’явилося невеличке скупчення зірок. На Рис. 3 Велика Туманність Оріона знімках 1947 г. у тому місці було видно група трьох звездоподобных об'єктів. До 1954 р. деякі їх стали довгастими, а до 1959 г. ці продовгуваті освіти розпалися деякі зірки — вперше у історії всього людства люди спостерігали народження зірок буквально очах цей безпрецедентний випадок показав астрономам, що зірки можуть народжуватися за короткий інтервал часу, і здавалися раніше дивними думки про те, що зірки зазвичай творяться у групах, чи звёздных скупчення, виявилися справедливыми.

Яким є механізм їх виникненню? Чому багато років астрономічних візуальних і фотографічних спостережень неба лише тепер вперше це вдалося побачити «матеріалізацію «зірок? Народження зірки неспроможна бути винятковою подією: у багатьох ділянках неба існують умови, необхідних появи цих тел.

Через війну докладного вивчення фотографій туманних ділянок Чумацького Шляху вдалося знайти маленькі чорні цятки неправильної форми, чи глобулы, які становлять масивні скупчення пилу й газу. Вони виглядають чорними, бо випускають власного світла, і перебувають між нами і яскравими зірками, світ що вони заступають. Ці газовопилові хмари містять частки пилу, дуже які поглинають світло, що йде від розташованих по них звёзд.

[pic].

Якщо маса зірки вдвічі перевищує сонячну, чи до кінцю своєї життя зірка може вибухнути як наднова, якщо маса речовини що залишилися після вибуху, усе ще перевершує дві сонячні, то зірка повинна стиснутися в крихітне щільне тіло, оскільки гравітаційні сили повністю придушують всяке Рис. 4 Народження внутрішній опір стиску. Вчені чорної діри вважають, що у народних обранців катастрофічний гравітаційний колапс призводить до виникнення чорної діри. Вони вважають, що з закінченням термоядерних реакцій зірка не може у усталеному стані. Тоді для масивною зірки залишається один неминучий шлях — шлях загального і сповненого стискування (колапсу), що перетворює їх у невидиму чорну дыру.

У 1939 г. Р. Опенгеймер та її аспірант Снайдер в Каліфорнійському університеті (Берклі) займалися з’ясовуванням остаточної долі великий маси холодного речовини. Однією з найбільш вражаючих наслідків загальної теорії відносності Ейнштейна виявилося таке: коли велика маса починає коллапсировать, той процес може бути зупинено і безліч стискається в чорну діру. Якщо, наприклад, не обертова симетрична зірка починає стискатися до критичного розміру, відомий як гравітаційний радіус, чи радіус Шварцшильда (названо це у честь Карла Шварцшильда, якої першим вказав його існування). Якщо зірка сягає цього радіуса, то не і що може перешкодити їй завершити колапс, то є буквально замкнутися у собі. Чому ж дорівнює гравітаційний радіус? Суворе математичне рівняння показує, що з тіла з безліччю Сонця гравітаційний радіус дорівнює майже 3 км, тоді як системи, що включає мільярд зірок, — галактики — цей радіус виявляється рівним відстані від Сонця до орбіти планети Уран, тобто становить близько 3 млрд. км.

Які ж фізичні властивості «чорних дір» як і вчені припускають знайти ці об'єкти? Багато вчені роздумували над б цими питаннями; отримані деякі відповіді, які можуть допомогти у пошуках таких объектов.

Саме назва — чорні діри — свідчить, що це клас об'єктів, які можна побачити. Їх гравітаційного поля бо так, що й б якимось шляхом вдалося виявитися поблизу чорної діри і спрямувати у кращий бік від її поверхні промінь найпотужнішого прожектора, то побачити цей прожектор було б не можна і з відстані, не перевищує відстань від Землі до Сонця. Справді, навіть якщо б ми змогли сконцентрувати весь світло Сонця цьому потужному прожекторе, ми побачили його, оскільки світло не міг би подолати вплив нею гравітаційного поля чорної діри залишити її поверхню. Саме тому така поверхню називається абсолютним обрієм подій. Це кордон чорної дыры.

Вчені відзначають, що це незвичні об'єкти нелегко зрозуміти, залишаючись у межах законів тяжіння Ньютона. Поблизу поверхні чорної діри гравітація настільки сильний, що звичні ньютоновские закони перестають тут діяти. Їх слід замінити законами загальної теорії відносності Ейнштейна. За одним із трьох наслідків теорії Ейнштейна, залишаючи масивне тіло, світ мало відчувати червоне усунення, оскільки він має відчувати червоне усунення, оскільки він втрачає енергію подолання гравітаційного поля зірки. Випромінення, що спадає від щільною зірки, як і білому карлику — супутнику Сиріуса А, — лише трохи зміщується в червону область спектра. Чим щільніше зірка, тим більше коштів це усунення, так що з надщільного зірки не приходитиме випромінювання в видимої області спектра. Але якщо гравітаційне дію зірки збільшується в результаті її стискування, то сила тяжіння виявляються такі великі, що світло взагалі може залишити зірку. Отже, нічого для будь-якого спостерігача уявлення про те чорну діру геть буде виключена ! Але тоді природно виникає запитання: якщо вона невидима, те, як ж ми можемо її знайти? Щоб це питання, вчені вдаються до майстерним вивертам. Руффини і Уїллер досконально вивчили цієї проблеми і запропонували кілька радикальних способів нехай недобачити, а хоча б знайти чорну діру. Почнемо сіло, що, коли чорна діра народжується у процесі гравітаційного колапсу, вона повинна переважно випромінювати гравітаційні хвилі, які б перетинати простір зі швидкістю світла, і короткий час спотворювати геометрію простору поблизу Землі. Це спотворення проявилося в вигляді гравітаційних хвиль, діючих одночасно на однакові інструменти, встановлені на земної поверхні великих відстанях друг від друга. Гравітаційне випромінювання могло б приходити від зірок, відчувають гравітаційний колапс. Якщо недоїмку протягом звичайного життя зірка спілкувалась, то, стискуючись і стаючи дедалі менше, вона обертатися дедалі швидше зберігаючи свій момент кількості руху. Нарешті вони можуть досягти стадії, коли швидкість руху її екваторі наблизиться до швидкості світла, тобто до гранично можливої швидкості. І тут зірка була б сильно деформованої і міг би викинути частина речовини. Під час такої деформації енергія міг би відійти від зірки як гравітаційних хвиль із частотою близько тисячі коливань в секунду (1000 Гц).

Дж. Вебер встановив пастки гравітаційних хвиль в Аргоннской національної лабораторії поблизу Чикаго й у Мэрилендском університеті. Вони складалася з масивних алюмінієвих циліндрів, які мають коливатися, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Використовувані Вебером детектори гравітаційного випромінювання реагують на високі (1660 гц), і на дуже низькі (1 коливання за годину) частоти. Для детектування останньої частоти використовується чутливий гравіметр, а детектором є саме Земля. Власна частота квадрупольных коливань Землі дорівнює одному колебанию за 54 мин.

Всі ці устрою мали спрацьовувати одночасно у момент, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Справді вони спрацьовували одночасно. Та ба, пастки включалися занадто часто — приблизно кожного місяця, що було дуже дивно. Деякі вчені вважають, що хоча досліди Вебера і отримані ним результати цікаві, але де вони недостатньо надійні. Через це багато ставляться дуже скептично до ідеї детектування гравітаційних хвиль (експерименти з детектування гравітаційних хвиль, аналогічні дослідам Вебера, пізніше перевіряли в ряд інших лабораторій і підтвердили результатів Вебера. У цей час вважається, що досліди Вебера ошибочны).

Роджер Пенроуз, професор математики Биркбекского коледжу Лондонського університету, розглянув цікавий випадок колапсу і гуманітарної освіти чорної діри. Він також допускає, що чорна діра зникає, та був проявляється у інший час у якийсь інший всесвіту. З іншого боку, він стверджує, що народження чорної діри під час гравітаційного колапсу є важливим зазначенням те що, що з геометрією простору-часу відбувається щось незвичне. Дослідження Пенроуза показують, що колапс закінчується освітою сингулярності, тобто він має тривати до нульових ж розмірів та безкінечною щільності об'єкта. Останні умова дає можливість інший всесвіту наблизитися до нашої сингулярності, і виключено, що сингулярність перейде у цю нову всесвіт. Вона навіть може з’явитися у будь-якому іншому місці нашої власної Вселенной.

Заключение

.

[pic].

Деякі вчені розглядають освіту чорної діри як маленьку модель те, що, відповідно до передбачень загальної теорії відносності, в кінцевому счёте може статися Всесвіту. Загальновизнано, що ми живемо в незмінно розширення Всесвіту, і з найважливіших і насущних питань науки стосується природи Всесвіту, її минулого Див. Мал.5 Чорна діра і майбутнього. Безперечно, все сучасні результати спостережень свідчить про розширення Всесвіту. проте, попри сьогодні одна з самих каверзних питань такий: сповільнюється чи швидкість цього розширення, і якщо так, то ми не сожмётся чи Всесвіт через десятки мільярдів років, створюючи сингулярність. Повидимому, коли-небудь зможемо з’ясувати, яким шляхом слід Всесвіт, але, можливо, набагато раніше, вивчаючи інформацію, яка просочується при народженні чорних дір, й ті фізичні закони, які управляють їх долею, зможемо передбачити остаточну долю Вселенной.

Список використаної литературы:

1. Космос: Збірник. Науково — популярна література/ Ю. І. Коптєв і З. А. Нікітін; - Л.: Дет. лит., 1987. — 223 с.

2. І. А. Климишин. Астрономія наших дней.-М.:"Наука"., 1976. — 453 с.

3. А. М. Томілін. Небо Землі. Нариси з історії астрономії/ До. Ф. Огородников. Л., «Дет. літ.», 1974. — 334 з., ил.

4. Енциклопедичний словник юного астронома/ Сост. М. П. Ерпылев. — 2-ге вид., — М.: Педагогіка, 1986. — 336с.

[pic].