Как появляются чёрные дыры в космосе
Как во Вселенной появились самые первые черные дыры?
Если говорить в общем смысле, во Вселенной существует два вида черных дыр. Первый – это черные дыры звездной массы и относительно небольшого размера. Они рождаются в результате гибели старых звезд. Притягивая с помощью гравитации и поглощая газ, другие звезды и прочую материю космоса они превращаются в сверхмассивные черные дыры (второй вид) – существенно более крупные и массивные объекты. Ученые считают, что сверхмассивные черные дыры первыми появились во Вселенной. Но как это могло произойти, если долгое время в ранней Вселенной не было звезд, из которых они могли родиться?
Как выглядят сверхмассивные черные дыры?
Взгляните на картинку выше. На ней показана одна из самых больших (сверхмассивных) черных дыр в нашей Вселенной. Посмотрите, как на ее фоне выглядят размеры орбит Нептуна (самой дальней планеты Солнечной системы) и орбиты Земли. В астрономии расстояния принято считать световыми годами, месяцами, неделями, сутками, часами и минутами. Если кратко – это все расстояния, которые проходит свет за один земной год (месяцы, недели и так далее).
Ее масса составляет 14% от массы всей галактики, в которой она находится. Это миллиарды солнечных масс.
На то, чтобы набрать миллионы и миллиарды солнечных масс, которыми могут похвастаться многие аналогичные сверхмассивные черные дыры, может уйти очень много времени. Тем не менее, уже находились черные дыры, которые появились удивительно рано. Известны такие объекты, которые появились спустя 800 и даже 690 миллионов лет после Большого взрыва, когда звезд во Вселенной было еще очень мало.
Как появились первые черные дыры во Вселенной?
Сложно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок. Эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. И для ее решения было предложено множество различных гипотез. Вот, например, одна из них.
Однако ученые из Университета Западного Онтарио считают, что первые черные дыры могли появиться в результате «прямого коллапса» — не из звезд, а из плотных скоплений газа в центрах первых галактик, находившихся в процессе своего формирования. Разогреваясь и интенсивно излучая радиацию, такие скопления блокировали появление молодых звезд во все более обширном пространстве космоса.
Наличие огромного количества свободной материи (газа и пыли) позволило этим скоплениям очень быстро набрать критическую массу и плотность. После этого они коллапсировали, оставив после себя черные дыры массой в десятки и сотни тысяч солнц.
Гравитация может стягивать газ ровно до того момента, пока вокруг черной дыры не начнет накапливаться вещество, образуя горячий диск, излучающий интенсивную радиацию и отталкивающий приходящий газ, таким образом прекращая рост черной дыры. Это называется пределом Эддингтона.
Ученые из Университета Западного Онтарио предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться очень быстро. Исследователи поясняют, что излучение новорожденных звезд и других дыр вскоре достигло критического предела. В результате этого «прямой коллапс» новых сверхмассивных дыр стал невозможен.
Черные дыры по-прежнему хранят очень много тайн, разгадка которых, как считают ученые, может содержать ответы о том, как появилась и развивалась Вселенная, в которой мы живем.
Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен, чтобы быть в курсе последних событий из мира науки и технологий.
Как образуются черные дыры?
Меня на моем телеграм канале довольно часто спрашивают о том, откуда берутся черные дыры и как они возникают. Я уже пару раз довольно кратко отвечал на эти вопросы, но все же решил написать небольшую статью.
Простой ответ – черные дыры зарождаются из умирающих звезд при условии, что масса звезды достаточно велика. Считается, что масса звезды должна быть как минимум порядка 20 масс нашего Солнца, чтобы в конце своего существования звезда могла превратиться в черную дыру. При этом масса получившейся черной дыры будет всего порядка 3-5 масс Солнца!
Сразу возникает вопрос, который также нередко задают: если звезда такая массивная? Почему она не “схлопывается” в черную дыру под влиянием собственной гравитации?
Ответ на этот вопрос довольно прост. Пока звезда горит – в ней происходит противоборство двух сил – гравитации и давления. Гравитация стремится сжать материю звезды, давление сопротивляется этому. В течении всей жизни звезды эти силы уравновешивают друг друга. Именно поэтому звезды принимают форму гигантских шаров – граница шара как раз соответствует той границе где давление и гравитация уравновешивают друг друга.
Пока звезда горит в ней происходят термоядерные реакции в ходе которых одни химические элементы (например водород в гелий) превращаются в другие и выделяется энергия. Когда в звезде заканчивается “топливо” для термоядерной реакции (например водород) гравитация начинает брать верх над давлением и материал ядра звезды начинает спрессовываться все сильнее. Чем более массивным становится ядро, тем сильнее гравитационное притяжение, которое сжимает материю все сильнее.
В малых звездах когда топливо термоядерных реакций истощается гравитация все-таки компенсируется силами взаимного отталкивания элементарных частиц. Сжатие ядер таких звезд прекращается и они достигают равновесия. Такие звезды называют белыми карликами .
Однако когда очень массивная звезда истощает термоядерное топливо, то сила гравитации ядра такой звезды становится настолько велика, что превозмогает силы взаимного отталкивания элементарных частиц и происходит гравитационный коллапс – образуется черная дыра. При этом умирающая звезда “сбрасывает” свои внешние слои, словно змея старую кожу, в величественной вспышке сверхновой. После звезды остается лишь туманность с черной дырой в центре.
Коллапсирующее ядро оказывается сжатое до микроскопической точки с практически нулевым радиусом до состояния практически бесконечной плотности. Эта точка называется сингулярностью.
Что такое чёрная дыра
Чёрная дыра — это место в космосе, где гравитация настолько сильна, что даже объекты движущиеся со скоростью света не могут ей сопротивляться, в том числе сами частицы света. Такое гравитационное притяжение возникает, потому что материя была сжата в крошечное пространство. Считается, что подобные явления происходят, когда умирают звёзды.
Поскольку никакой свет не может покинуть эту область, чёрные дыры буквально невидимы. Однако космические телескопы со специальным оборудованием способны их обнаруживать. Например, можно фиксировать необычное поведение объектов, которые находятся близко к чёрной дыре.
Размеры чёрных дыр
Учёные считают, что самые маленькие чёрные дыры, размером всего в один атом, могли возникнуть в первые мгновения существования Вселенной. Подобные условия создают на большом адронном коллайдере, и у общественности возникают опасения, что это может привести к возникновению чёрной дыры.
Другой вид чёрных дыр называется «звёздным». Их масса может быть в 20 раз больше массы Солнца. В нашей галактике возможно существование множества чёрных дыр звёздной массы.
Самые большие чёрные дыры называются «сверхмассивными». Они имеют массы, которые составляют более 1 миллиона Солнц. Ученые нашли доказательства того, что каждая большая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. Такой объект в центре галактики Млечный Путь называется Стрелец А. Она имеет массу, равную примерно 4 миллионам Солнц.
Как образуются чёрные дыры
Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.
Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.
Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.
Как учёные узнают о чёрных дырах
Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.
- Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
- Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.
Может ли чёрная дыра уничтожить Землю
Чёрные дыры не передвигаются по космосу, поглощая звёзды, луны и планеты. Земля не упадет в чёрную дыру, потому что ни одна из них не находится достаточно близко к Солнечной системе.
Даже если бы в центре нашей системы образовалась чёрная дыра той же массы, что Солнце, Землю всё равно бы не затянуло туда. Чёрная дыра будет иметь ту же гравитацию, что и Солнце. Земля и другие планеты будут вращаться вокруг неё, как они вращаются вокруг Солнца.
В любом случае Солнце не такая большая звезда, чтобы когда-то превратиться в чёрную дыру.
Источники:
http://hi-news.ru/space/kak-vo-vselennoj-poyavilis-samye-pervye-chernye-dyry.html
http://zen.yandex.ru/media/id/5b96357d5960b700aa6863c6/5bc70b9bd97a8600a810fded
Загрузка...
