Kwa wanasayansi wa kisasa, shimo jeusi ni mojawapo ya matukio ya ajabu sana katika ulimwengu wetu. Utafiti wa vitu vile ni vigumu, haiwezekani kuwajaribu "kwa uzoefu". Wingi, wiani wa dutu ya shimo nyeusi, michakato ya malezi ya kitu hiki, vipimo - yote haya huamsha shauku kati ya wataalam, na wakati mwingine - mshangao. Hebu fikiria mada kwa undani zaidi. Kwanza, hebu tuchambue kitu kama hicho ni nini.
Maelezo ya jumla
Kipengele cha kustaajabisha cha kitu cha ulimwengu ni mchanganyiko wa radius ndogo, msongamano mkubwa wa mashimo meusi na uzito mkubwa ajabu. Sifa zote za kimaumbile zinazojulikana kwa sasa za kitu kama hicho zinaonekana kuwa za kushangaza kwa wanasayansi, mara nyingi hazielezeki. Hata wanajimu wenye uzoefu zaidi bado wanashangazwa na upekee wa matukio kama haya. Kipengele kikuu ambacho kinaruhusu wanasayansi kutambua shimo nyeusi ni upeo wa tukio, yaani, mpaka kutokana na ambayohakuna kinachorudi, ikiwa ni pamoja na mwanga. Ikiwa eneo limetenganishwa kabisa, mpaka wa utengano huteuliwa kama upeo wa tukio. Kwa kujitenga kwa muda, uwepo wa upeo unaoonekana umewekwa. Wakati mwingine ya muda ni dhana legelege sana, yaani, eneo linaweza kutengwa kwa muda unaozidi umri wa sasa wa ulimwengu. Ikiwa kuna upeo unaoonekana ambao upo kwa muda mrefu, ni vigumu kuutofautisha na upeo wa tukio.
Kwa njia nyingi, sifa za shimo nyeusi, msongamano wa dutu inayoiunda, ni kutokana na sifa nyingine za kimwili zinazofanya kazi katika sheria zetu za dunia. Upeo wa tukio wa shimo jeusi lenye ulinganifu wa duara ni tufe ambalo kipenyo chake huamuliwa na wingi wake. Misa zaidi vunjwa ndani, shimo kubwa. Na bado inabaki kuwa ndogo kwa kushangaza dhidi ya asili ya nyota, kwani shinikizo la mvuto linakandamiza kila kitu ndani. Ikiwa tunafikiria shimo ambalo wingi wake unalingana na sayari yetu, basi radius ya kitu kama hicho haitazidi milimita chache, ambayo ni, itakuwa bilioni kumi chini ya dunia. Eneo hilo lilipewa jina la Schwarzschild, mwanasayansi ambaye kwanza aligundua shimo nyeusi kama suluhisho la nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano.
Na ndani?
Baada ya kuingia kwenye kitu kama hicho, hakuna uwezekano wa mtu kugundua msongamano mkubwa juu yake mwenyewe. Sifa za shimo nyeusi hazieleweki vizuri kuwa na hakika kitakachotokea, lakini wanasayansi wanaamini kuwa hakuna kitu maalum kinachoweza kufunuliwa wakati wa kuvuka upeo wa macho. Hii inaelezewa na Einsteinian sawakanuni inayoelezea kwa nini uwanja unaounda mzingo wa upeo wa macho na kuongeza kasi iliyo katika ndege haitofautiani kwa mwangalizi. Wakati wa kufuatilia mchakato wa kuvuka kwa mbali, unaweza kuona kwamba kitu kinaanza kupungua karibu na upeo wa macho, kana kwamba wakati unapita polepole mahali hapa. Baada ya muda, kipengee kitavuka upeo wa macho, kuanguka katika eneo la Schwarzschild.
Msongamano wa maada katika shimo jeusi, wingi wa kitu, vipimo vyake na nguvu za mawimbi, na uwanja wa uvutano unahusiana kwa karibu. Radi kubwa, chini ya wiani. Radi huongezeka kwa uzito. Nguvu za mawimbi zinawiana kinyume na uzani wa mraba, yaani, kadiri vipimo vinavyoongezeka na msongamano unavyopungua, nguvu za mawimbi ya kitu hupungua. Itawezekana kushinda upeo wa macho kabla ya kutambua ukweli huu ikiwa wingi wa kitu ni kubwa sana. Katika siku za mwanzo za uhusiano wa jumla, iliaminika kuwa kulikuwa na umoja kwenye upeo wa macho, lakini hii haikuwa hivyo.
Kuhusu Msongamano
Kama tafiti zimeonyesha, msongamano wa shimo jeusi, kulingana na wingi, unaweza kuwa zaidi au chini. Kwa vitu tofauti, kiashiria hiki kinatofautiana, lakini daima hupungua kwa radius inayoongezeka. Mashimo makubwa yanaweza kuonekana, ambayo yanaundwa kwa kiasi kikubwa kutokana na mkusanyiko wa nyenzo. Kwa wastani, wiani wa vitu kama hivyo, ambao umati wake unalingana na jumla ya taa bilioni kadhaa katika mfumo wetu, ni chini ya wiani wa maji. Wakati mwingine ni kulinganishwa na kiwango cha msongamano wa gesi. Nguvu ya mawimbi ya kitu hiki imeamilishwa tayari baada ya mwangalizi kuvuka upeo wa machomatukio. Mvumbuzi dhahania hangedhurika anapokaribia upeo wa macho, na angeanguka maelfu mengi ya kilomita ikiwa angepata ulinzi kutoka kwa plasma ya diski. Ikiwa mwangalizi hatatazama nyuma, hataona kwamba upeo wa macho umevuka, na ikiwa anageuza kichwa chake, labda ataona mionzi ya mwanga iliyohifadhiwa kwenye upeo wa macho. Muda wa mtazamaji utapita polepole sana, ataweza kufuatilia matukio karibu na shimo hadi wakati wa kifo - yeye au Ulimwengu.
Ili kubaini msongamano wa shimo jeusi kubwa kupita kiasi, unahitaji kujua uzito wake. Pata thamani ya kiasi hiki na kiasi cha Schwarzschild kilicho katika kitu cha nafasi. Kwa wastani, kiashiria kama hicho, kulingana na wanajimu, ni ndogo sana. Katika asilimia ya kuvutia ya matukio, ni chini ya kiwango cha msongamano wa hewa. Jambo hilo linaelezwa kama ifuatavyo. Radi ya Schwarzschild inahusiana moja kwa moja na uzito, wakati msongamano unahusiana kinyume na kiasi, na hivyo radius ya Schwarzschild. Kiasi kinahusiana moja kwa moja na radius ya mchemraba. Misa huongezeka kwa mstari. Ipasavyo, sauti hukua kwa kasi zaidi kuliko uzito, na msongamano wa wastani unakuwa mdogo, ndivyo radius ya kitu kinachochunguzwa inavyoongezeka.
Ninataka kujua
Nguvu ya mawimbi iliyo katika shimo ni upinde rangi wa nguvu ya uvutano, ambayo ni kubwa kabisa kwenye upeo wa macho, kwa hivyo hata fotoni haziwezi kutoroka kutoka hapa. Wakati huo huo, ongezeko la parameter hutokea vizuri kabisa, ambayo inafanya uwezekano wa mwangalizi kushinda upeo wa macho bila hatari kwake mwenyewe.
Tafiti za msongamano wa shimo jeusi ndanikatikati ya kitu bado ni mdogo. Wanajimu wamegundua kuwa kadiri umoja wa kati unavyokaribia, ndivyo kiwango cha msongamano kinavyoongezeka. Utaratibu wa kukokotoa uliotajwa hapo awali hukuruhusu kupata wazo la wastani sana la \u200b\u200bkichoendelea.
Wanasayansi wana mawazo finyu sana kuhusu kile kinachotokea kwenye shimo, muundo wake. Kulingana na wanajimu, usambazaji wa wiani kwenye shimo sio muhimu sana kwa mwangalizi wa nje, angalau kwa kiwango cha sasa. Maelezo zaidi ya habari ya mvuto, uzito. Misa kubwa, katikati yenye nguvu zaidi, upeo wa macho, hutenganishwa kutoka kwa kila mmoja. Pia kuna mawazo kama haya: zaidi ya upeo wa macho, maada haipo kimsingi, inaweza tu kutambuliwa katika kina cha kitu.
Je, kuna nambari zinazojulikana?
Wanasayansi wamekuwa wakifikiria kuhusu msongamano wa shimo jeusi kwa muda mrefu. Masomo fulani yalifanywa, majaribio yalifanywa kuhesabu. Hii hapa mmoja wao.
Uzito wa jua ni 210^30 kg. Shimo linaweza kuunda kwenye tovuti ya kitu ambacho ni kubwa mara kadhaa kuliko Jua. Msongamano wa shimo jepesi zaidi inakadiriwa kuwa wastani wa 10^18 kg/m3. Huu ni mpangilio wa ukubwa wa juu kuliko msongamano wa kiini cha atomi. Takriban tofauti sawa na sifa ya kiwango cha wastani cha msongamano wa nyota ya neutroni.
Kuwepo kwa mashimo ya mwanga mwingi kunawezekana, ambayo vipimo vyake vinalingana na chembe ndogo za nyuklia. Kwa vitu kama hivyo, faharasa ya msongamano itakuwa kubwa kupita kiasi.
Sayari yetu ikiwa shimo, msongamano wake utakuwa takriban 210^30 kg/m3. Hata hivyo, wanasayansi hawajawezaonyesha taratibu ambazo nyumba yetu ya anga inaweza kubadilishwa kuwa shimo jeusi.
Kuhusu nambari kwa undani zaidi
Msongamano wa shimo jeusi katikati ya Milky Way inakadiriwa kuwa kilo milioni 1.1/m3. Uzito wa kitu hiki unalingana na raia milioni 4 wa jua. Radi ya shimo inakadiriwa kuwa kilomita milioni 12. Msongamano ulioonyeshwa wa shimo jeusi katikati ya Njia ya Milky hutoa wazo la vigezo halisi vya mashimo makubwa zaidi.
Ikiwa uzito wa kitu fulani ni 10^38 kg, yaani, inakadiriwa kuwa Jua takriban milioni 100, basi msongamano wa kitu cha astronomia utalingana na kiwango cha msongamano wa granite inayopatikana kwenye sayari yetu.
Kati ya mashimo yote yanayojulikana na wanaastrofizikia wa kisasa, mojawapo ya mashimo mazito zaidi yalipatikana kwenye quasar ya OJ 287. Uzito wake unalingana na mianga bilioni 18 ya mfumo wetu. Je, ni wiani gani wa shimo nyeusi, wanasayansi wamehesabu bila ugumu sana. Thamani iligeuka kuwa ndogo sana. Ni 60 g/m3. Kwa kulinganisha: hewa ya angahewa ya sayari yetu ina msongamano wa 1.29 mg/m3.
Mashimo yanatoka wapi?
Wanasayansi sio tu walifanya utafiti ili kubaini msongamano wa shimo jeusi kwa kulinganisha na nyota ya mfumo wetu au miili mingine ya ulimwengu, lakini pia walijaribu kubaini ni wapi mashimo yanatoka, ni mifumo gani ya kuunda vile. vitu vya ajabu. Sasa kuna wazo la njia nne za kuonekana kwa mashimo. Chaguo linaloeleweka zaidi ni kuanguka kwa nyota. Wakati inakuwa kubwa, awali katika kiini imekamilika,shinikizo hupotea, jambo hilo huanguka katikati ya mvuto, hivyo shimo inaonekana. Unapokaribia katikati, wiani huongezeka. Hivi karibuni au baadaye, kiashiria kinakuwa muhimu sana kwamba vitu vya nje haviwezi kushinda athari za mvuto. Kuanzia wakati huu, shimo jipya linaonekana. Aina hii ni ya kawaida zaidi kuliko nyingine na inaitwa mashimo ya solar mass.
Aina nyingine ya kawaida ya shimo ni shimo kubwa zaidi. Hizi mara nyingi huzingatiwa katika vituo vya galactic. Uzito wa kitu kwa kulinganisha na shimo la molekuli ya jua iliyoelezwa hapo juu ni mabilioni ya mara zaidi. Wanasayansi bado hawajaanzisha taratibu za udhihirisho wa vitu vile. Inachukuliwa kuwa shimo hutengenezwa kwanza kulingana na utaratibu ulioelezwa hapo juu, kisha nyota za jirani huingizwa, ambayo husababisha ukuaji. Hii inawezekana ikiwa eneo la gala lina watu wengi. Ufyonzwaji wa dutu hutokea kwa kasi zaidi kuliko jinsi mpango ulio hapo juu unavyoweza kueleza, na wanasayansi bado hawawezi kukisia jinsi ufyonzwaji huo unavyoendelea.
Mawazo na mawazo
Mada ngumu sana kwa wanajimu ni mashimo ya awali. Vile, pengine, vinaonekana kutoka kwa wingi wowote. Wanaweza kuunda katika mabadiliko makubwa. Pengine, kuonekana kwa mashimo hayo kulifanyika katika Ulimwengu wa mapema. Hadi sasa, tafiti zinazotolewa kwa sifa, vipengele (ikiwa ni pamoja na wiani) wa mashimo nyeusi, taratibu za kuonekana kwao haziruhusu sisi kuamua mfano ambao huzalisha kwa usahihi mchakato wa kuonekana kwa shimo la msingi. Miundo inayojulikana kwa sasa ni ya kwamba, ikiwa ilitekelezwa katika hali halisi,kungekuwa na mashimo mengi sana.
Chukulia kuwa Kiganja Kubwa cha Hadron kinaweza kuwa chanzo cha kutokea kwa shimo, ambalo uzito wake unalingana na kifua cha Higgs. Ipasavyo, wiani wa shimo nyeusi itakuwa kubwa sana. Ikiwa nadharia hiyo imethibitishwa, inaweza kuchukuliwa kuwa ushahidi usio wa moja kwa moja kwa uwepo wa vipimo vya ziada. Kwa sasa, hitimisho hili la kubahatisha bado halijathibitishwa.
Mionzi kutoka kwenye shimo
Utoaji wa tundu unaelezewa na athari za quantum za maada. Nafasi ni yenye nguvu, kwa hivyo chembe hapa ni tofauti kabisa na zile tulizozoea. Karibu na shimo, sio wakati tu unaopotoshwa; uelewa wa chembe hutegemea sana nani anayeitazama. Ikiwa mtu huanguka kwenye shimo, inaonekana kwake kwamba anaingia kwenye utupu, na kwa mwangalizi wa mbali, inaonekana kama eneo lililojaa chembe. Athari inaelezewa na kunyoosha kwa muda na nafasi. Mionzi kutoka kwa shimo ilitambuliwa kwanza na Hawking, ambaye jina lake lilipewa jambo hilo. Mionzi ina joto ambalo linahusiana kinyume na wingi. Uzito wa chini wa kitu cha astronomia, joto la juu (pamoja na wiani wa shimo nyeusi). Ikiwa shimo ni kubwa zaidi au ina wingi unaofanana na nyota, joto la asili la mionzi yake litakuwa chini kuliko asili ya microwave. Kwa sababu hii, haiwezekani kumtazama.
Mionzi hii inaelezea upotevu wa data. Hili ndilo jina la jambo la joto, ambalo lina ubora mmoja tofauti - joto. Hakuna habari juu ya michakato ya malezi ya shimo kupitia utafiti, lakini kitu ambacho hutoa mionzi kama hiyo wakati huo huo hupoteza misa (na kwa hivyo hukua.wiani wa shimo nyeusi) hupunguzwa. Mchakato haujaamuliwa na dutu ambayo shimo hutengenezwa, haitegemei kile kilichoingizwa ndani yake baadaye. Wanasayansi hawawezi kusema nini ikawa msingi wa shimo. Zaidi ya hayo, tafiti zimeonyesha kuwa mionzi ni mchakato usioweza kutenduliwa, yaani, ambao hauwezi kuwepo katika mechanics ya quantum. Hii ina maana kwamba mionzi haiwezi kupatanishwa na nadharia ya quantum, na kutofautiana kunahitaji kazi zaidi katika mwelekeo huu. Ingawa wanasayansi wanaamini kwamba mionzi ya Hawking inapaswa kuwa na habari, bado hatuna njia, uwezo wa kuigundua.
Ninatamani kujua: kuhusu nyota za nyutroni
Kama kuna supergiant, haimaanishi kwamba mwili kama huo wa unajimu ni wa milele. Baada ya muda, inabadilika, inatupa tabaka za nje. Vibete nyeupe vinaweza kutokea kutoka kwa mabaki. Chaguo la pili ni nyota za neutron. Michakato maalum imedhamiriwa na molekuli ya nyuklia ya mwili wa msingi. Ikiwa inakadiriwa ndani ya 1.4-3 ya jua, basi uharibifu wa supergiant unaambatana na shinikizo la juu sana, kutokana na ambayo elektroni ni, kama ilivyokuwa, imesisitizwa kwenye protoni. Hii inasababisha kuundwa kwa neutroni, utoaji wa neutrinos. Katika fizikia, hii inaitwa gesi ya nyutroni iliyoharibika. Shinikizo lake ni kwamba nyota haiwezi kusinyaa zaidi.
Hata hivyo, kama tafiti zimeonyesha, pengine sio nyota zote za neutroni zilionekana kwa njia hii. Baadhi yao ni mabaki ya makubwa ambayo yalilipuka kama supernova ya pili.
Radi ya mwili wa Tomchini ya wingi zaidi. Kwa wengi, inatofautiana kati ya kilomita 10-100. Uchunguzi ulifanyika ili kuamua msongamano wa shimo nyeusi, nyota za neutron. Kwa pili, kama vipimo vimeonyesha, parameta iko karibu na ile ya atomiki. Takwimu mahususi zilizowekwa na wanajimu: 10^10 g/cm3.
Ninataka kujua: nadharia na vitendo
Nyota za nyutroni zilitabiriwa kwa nadharia katika miaka ya 60 na 70 ya karne iliyopita. Pulsars walikuwa wa kwanza kugunduliwa. Hizi ni nyota ndogo, kasi ya mzunguko ambayo ni ya juu sana, na shamba la magnetic ni kubwa sana. Inachukuliwa kuwa pulsar hurithi vigezo hivi kutoka kwa nyota ya awali. Kipindi cha mzunguko hutofautiana kutoka milliseconds hadi sekunde kadhaa. Pulsar za kwanza zinazojulikana zilitoa utoaji wa redio mara kwa mara. Leo, pulsa zilizo na mionzi ya wigo wa X-ray, mionzi ya gamma inajulikana.
Mchakato uliofafanuliwa wa uundaji wa nyota ya nyutroni unaweza kuendelea - hakuna kitu kinachoweza kuuzuia. Ikiwa molekuli ya nyuklia ni zaidi ya misa tatu ya jua, basi mwili wa pointwise ni compact sana, inajulikana kama mashimo. Haitawezekana kuamua mali ya shimo nyeusi na wingi mkubwa zaidi kuliko muhimu. Ikiwa sehemu ya misa itapotea kwa sababu ya mionzi ya Hawking, radius itapungua wakati huo huo, kwa hivyo thamani ya uzito itakuwa tena chini ya thamani muhimu ya kitu hiki.
Je, shimo linaweza kufa?
Wanasayansi waliweka mbele mawazo kuhusu kuwepo kwa michakato kutokana na ushiriki wa chembe na antiparticles. Kubadilika kwa vipengele kunaweza kusababisha nafasi tupu kuwa na sifakiwango cha nishati ya sifuri, ambayo (hapa ni kitendawili!) haitakuwa sawa na sifuri. Wakati huo huo, upeo wa tukio ulio katika mwili utapokea wigo wa chini wa nishati ulio katika mwili mweusi kabisa. Mionzi kama hiyo itasababisha hasara kubwa. Upeo wa macho utapungua kidogo. Tuseme kuna jozi mbili za chembe na mpinzani wake. Kuna maangamizi ya chembe kutoka kwa jozi moja na mpinzani wake kutoka kwa mwingine. Kama matokeo, kuna fotoni ambazo huruka nje ya shimo. Jozi ya pili ya chembe zilizopendekezwa huanguka ndani ya shimo, wakati huo huo kunyonya kiasi fulani cha wingi, nishati. Hatua kwa hatua, hii inasababisha kifo cha shimo jeusi.
Kama hitimisho
Kulingana na baadhi ya watu, shimo jeusi ni aina ya kisafisha hewa cha ulimwengu. Shimo linaweza kumeza nyota, linaweza hata "kula" gala. Kwa njia nyingi, maelezo ya sifa za shimo, pamoja na vipengele vya malezi yake, yanaweza kupatikana katika nadharia ya uhusiano. Inajulikana kutoka kwake kwamba wakati unaendelea, pamoja na nafasi. Hii inafafanua kwa nini michakato ya mbano haiwezi kusimamishwa, haina kikomo na haina kikomo.
Haya ni mashimo meusi ya ajabu, ambayo wanafizikia wamekuwa wakisumbua akili zao kwa zaidi ya muongo mmoja.
