Czy można zobaczyć czarną dziurę? Czy możemy kiedyś?

W krętych korytarzy czarnych dziur zderzają się dwie fundamentalne teorie, które opisują nasz świat. Czy istnieją czarne dziury rzeczywiście? Wygląda na to, że tak. Czy można rozwiązywać podstawowe problemy, które pojawiają się przy bliższym zbadaniu czarnych dziur? Nieznany. Aby zrozumieć, z czym mają do czynienia naukowcy, trzeba trochę zanurzyć się w historię nauki tych niezwykłych obiektów. Zacznijmy od tego, że ze wszystkich sił, które istnieją w fizyce, jest jedna, której nie rozumiemy wcale: grawitacja.

Grawitacja — punkt przecięcia fundamentalnej fizyki i astronomii, granica, na której spotykają się dwie najbardziej fundamentalnych teorii, które opisują nasz świat: kwantowa teoria i teoria czasoprzestrzeni i grawitacji Einsteina, jest ogólna teoria względności.

Czarne dziury i grawitacja

Te Dwie teorie wydają się być niezgodne. I to nawet nie jest problem. Istnieją one w różnych światach, mechanika kwantowa opisuje bardzo mała, a OD opisuje bardzo duża.

Tylko wtedy, gdy starasz się dojść do bardzo małych skalach i ekstremalnej grawitacji, te dwie teorie zderzają się i w jakiś sposób jeden z nich okazuje się być nieodpowiednim. W każdym razie tak wynika z teorii.

Ale jest we Wszechświecie jedno miejsce, gdzie moglibyśmy właściwie potwierdzić ten problem, a może być nawet i rozwiązać: granica czarnej dziury. To właśnie tutaj spotykamy się najbardziej ekstremalną grawitację. Tylko tu jest jeden problem: nikt nigdy nie "widział" czarnej dziury.

Co to jest czarna dziura?

Wyobraź sobie, że cały dramat w świecie fizycznym rozgrywa się w teatrze przestrzeni-czasu, ale grawitacja to jedyna siła, która faktycznie zmienia teatr, w którym gra.

Siła grawitacji zarządza Wszechświata, ale może nawet nie być siłą w tradycyjnym rozumieniu. Einstein opisał ją jako skutek deformacji czasoprzestrzeni. A może ona po prostu nie wpisuje się w model Standardowy fizyki cząstek.

Kiedy bardzo duża gwiazda wybucha pod koniec swojego istnienia, jego najbardziej wewnętrzna część mieści się pod wpływem własnej grawitacji, ponieważ dla utrzymania ciśnienia działającego przeciwko grawitacji, nie brakuje paliwa. W końcu grawitacja nadal jest w stanie wywierać siłę na to wygląda.

Materia upada i żadna siła w naturze nie może zostawić ten upadek.

Za nieskończoną gwiazda upada w nieskończenie małego punktu: osobliwość, albo nazwijmy ją czarną dziurą. Ale za czas zakończenia, oczywiście, gwiaździste rdzeń upada w coś, co ma skończone wymiary, i nadal będzie mieć w swej masie w nieskończenie małym obszarze. I też będzie nazywać się czarną dziurą.

Czarne dziury nie zasysają wszystko wokół

Warto Zauważyć, że pomysł tego, że czarna dziura nieuchronnie wyssie wszystko w siebie, — jest niepoprawna

W rzeczywistości, niezależnie od tego, вращаетесь jesteś wokół gwiazdy lub czarnej dziury, rasie z gwiazdy, to nie ma znaczenia, jeśli masa pozostaje taka sama. Stara dobra siła odśrodkowa i swój moment pędu zachowują bezpieczny i nie pozwoli ci upaść.

I tylko wtedy, gdy włączysz swoje rakietowe hamulca, aby przerwać obrót, zaczniesz spadać do środka.

Jednak, jak tylko zaczniesz spadać w czarną dziurę, stopniowo będziesz przyspieszać do coraz wyższych prędkości, aż w końcu dojdziesz do prędkości światła.

Dlaczego kwantowa teoria i ogólna teoria względności sprzeczne?

W tej chwili wszystko idzie na marne, ponieważ zgodnie z UTO nic nie może poruszać się szybciej od prędkości światła.

Światło — to substrat, który jest używany w świecie kwantowym, do wymiany siłami i transportu informacji w makro. Światło określa, jak szybko można połączyć przyczyny i skutku. Jeśli będziesz poruszać się szybciej niż światło, można zobaczyć wydarzenia i zmienić rzeczy, zanim one nastąpią. I ma dwa skutki:

• W miejscu, gdzie osiągnięciu prędkości światła, padając do środka, trzeba także wylecieć z tego punktu na jeszcze większej prędkości, co wydaje się niemożliwe. Dlatego zwykła fizyczna mądrość powie ci, że nic nie może opuścić czarnej dziury, łamiąc tę barierę, który nazywamy również "horyzontem zdarzeń".
• wynika Z tego również, że nagle łamane są podstawowe zasady ochrony informacji kwantowej.

Czy to Prawda i jak nam modyfikować teorię grawitacji (lub fizyki kwantowej) — to pytania, na które szukają odpowiedzi bardzo wielu fizyki. I nikt z nas nie może powiedzieć, jakie argumenty dojdziemy w końcu.

czy Istnieją czarne dziury?

Oczywiście, wszystko to emocje byłoby uzasadnione tylko wtedy, gdyby czarne dziury rzeczywiście istniały w tym Wszechświecie. Tak czy one istnieją?

W ostatnim stuleciu przekonująco udowodnił, że niektóre gwiazdy podwójne z intensywnym rentgenowskimi w rzeczywistości są gwiazdami, коллапсировавшими w czarne dziury.

Ponadto, w centrach galaktyk często uważamy, że dowody ogromnych, ciemnych stężenia masy. Mogą to być wzajemnego oddziaływania wersji czarnych dziur, prawdopodobnie, wykształconych w procesie scalania wielu gwiazd i obłoków gazowych, które są w centrum galaktyki.

Dowody przekonujące, ale pośrednie. Grawitacyjne fale pozwoliły nam choć by "usłyszeć" połączenie czarnych dziur, ale sygnatura horyzontu zdarzeń wciąż nieuchwytna i nigdy nie "widział" czarnych dziur do tej pory — są po prostu zbyt małe, zbyt daleko i, w większości przypadków, zbyt czarne.

Jak wygląda czarnadziura?

Jeśli spojrzeć prosto w czarną dziurę, zobaczysz najczarniejszej ciemności, jaką można sobie wyobrazić.

Ale najbliższe otoczenie czarnej dziury może być dość jasne, ponieważ gazy dokręcić spiralnie do środka — zwalniając z powodu oporu pól magnetycznych, które przenoszą.

Z powodu magnetycznego tarcia gaz rozgrzewa się do ogromnych temperatur w kilkadziesiąt miliardów stopni i zaczyna emitować promieniowanie ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie.

Ультрагорячие elektrony, która oddziałuje z polem magnetycznym w gazie, zaczynają produkować intensywne promieniowanie rf. W ten sposób czarne dziury mogą świecić i mogą być otoczone pierścieniem ognia, promieniujące na różnych długościach fal.

Pierścień ognia z czarnym-czarnym srodkiem

A jednak, w samym centrum horyzont zdarzeń to odbiera, jak drapieżny ptak, każdy foton, który nadaje się zbyt blisko.

Ponieważ przestrzeń jest zakrzywiona ogromną masą czarnej dziury, ścieżki światła również zniekształcone, a nawet tworzą prawie koncentryczne okręgi wokół czarnej dziury, podobnie jak серпантинам wokół głębokiej doliny. Efekt ten pierścień światła został zaprojektowany już w 1916 roku, znanym matematykiem Davidem Гильбертом zaledwie kilka miesięcy po tym, jak zakończył swoją ogólną teorię względności.

Po wielokrotnym obejścia czarnej dziury, niektóre promienie światła mogą uciec, a inne będą w horyzoncie zdarzeń. Na tym замысловатом drodze światła można dosłownie zajrzeć w czarną dziurę. I to "nic", który pojawi się w twoim spojrzeniu, będzie horyzontem zdarzeń.

Jeśli zrobiłeś zdjęcie czarnej dziury, można zobaczyć czarny cień w otoczeniu świecącej mgły światła. Nazwaliśmy tę cechę cień czarnej dziury.

Co ciekawe, ten cień wydaje się więcej, niż można by się spodziewać, jeśli wziąć za punkt wyjścia średnica horyzontu zdarzeń. Powodem jest to, że czarna dziura działa jak gigantyczna soczewka, wzmacniając siebie.

Otoczenie cień zostanie przedstawiony malutkim "фотонным pierścieniem światła, który krąży wokół czarnej dziury prawie na zawsze. Ponadto, można zobaczyć więcej pierścieni światła, pojawiających się w pobliżu horyzontu zdarzeń, jednak lub koncentrując się wokół cienia czarnej dziury z powodu efektu soczewkowania.

Fantazja czy rzeczywistość?

Czy Może czarna dziura być twoją fantazją, którą chyba, że na komputerze można modelować? Czy można ją zobaczyć w praktyce? Odpowiedź: być może.

We Wszechświecie istnieją dwie stosunkowo pobliskie super masywna czarna dziura, które są tak duże i blisko, że ich cienie mogą być utrwalone są z wykorzystaniem nowoczesnych technologii.

W centrum naszej Drogi Mlecznej, są czarne dziury w odległości 26 000 lat świetlnych z masą w 4 miliony razy większej od masy Słońca i czarna dziura w gigantycznej eliptycznej galaktyki M87 (Messier 87) z masą w 3-6 mld słonecznych.

M87 tysiąc razy dalej, ale tysiąc razy bardziej masywne i tysiąc razy więcej, więc oba obiekty będą mieć około jeden średnica cienia, wyświetlanego elementu klawiatury na niebo.

Dostrzec ziarno gorczycy w Nowym Jorku z Europy

Na losowej przypadkowo, proste teorii promieniowania przewidują, że dla obu obiektów promieniowanie generowane w pobliżu horyzontu zdarzeń, będzie promieniować na radiowej 230 Hz i wyżej.

Większość z nas boryka się z tymi częstotliwościami tylko wtedy, kiedy musimy przechodzić przez skaner w nowoczesnym lotnisku. Czarne dziury ciągle w nich kąpać.

U tego promieniowania jest bardzo krótka długość fali rzędu milimetra — która łatwo wchłania wodę. Aby teleskop mógł obserwować kosmiczne fale milimetrowe, musi on być umieszczony wysoko na suchej górze, aby uniknąć absorpcji promieniowania w troposferze Ziemi.

W rzeczywistości, musimy mm teleskop, który będzie w stanie zobaczyć obiekt wielkości ziarna gorczycy w Nowym Jorku, będąc gdzieś w Holandii. Ten teleskop będzie tysiąc razy czujnie kosmicznego teleskopu Hubble ' a, a dla zakresu fal milimetrowych rozmiar tego teleskopu będzie z ocean Atlantycki lub więcej.

Wirtualny teleskop wielkości Ziemi

Na szczęście, nie musimy pokrywać Ziemię jednej радиотарелкой, bo możemy zbudować wirtualny teleskop o tej samej rozdzielczości, łącząc dane z teleskopów w różnych górach na całej Ziemi.

Ta metoda nazywa się апертурным syntezą i bardzo długiej podstawowej интерферометрией (VLBI). Pomysł jest na tyle stara i sprawdzona wielu dziesięcioleci, jednak dopiero teraz jej stało się możliwe do zastosowania na wysokich częstotliwości radiowych.

Pierwsze udane eksperymenty wykazały, że struktury horyzontu zdarzeń mogą być badane w takich częstotliwościach. Teraz jest wszystko, co potrzebne do przeprowadzenia takiego eksperymentu na dużą skalę.

Prace są już w toku

Projekt BlackHoleCam — to europejski projekt ostatecznego obrazu, pomiaru i zrozumienia astrofizycznych czarnych dziur. Europejski projekt jest częścią globalnej коллаборации — konsorcjum Event Horizon Telescope, który obejmuje ponad 200 naukowców z Europy, Ameryki, Azji i Afryki. Razem chcą zrobić pierwsze zdjęcie czarnej dziury.

W kwietniu 2017 roku obserwowali centrum galaktyki i M87 za pomocą ośmiu teleskopach na sześciu różnych górach w Hiszpanii, w Arizonie, Hawaje, Meksyk, Chile i na biegunie Południowym.

Wszystkie teleskopy zostały wyposażone w precyzyjnym zegarem atomowym do dokładnej synchronizacji danych. Naukowcy nagrali kilka petabajtów danych raw, dzięki niezwykle dobre warunki pogodowe na całym świecie w tym czasie.

Zdjęcia czarnejdziury

Jeśli naukowcom uda się zobaczyć horyzont zdarzeń, będą wiedzieć, że problemy, które pojawiają się na styku teorii kwantowej i OTO, nie abstrakcyjne, a nawet bardzo realne. Być może właśnie wtedy będzie można je rozwiązywać.

Można to Zrobić, jeśli uzyskać ostre obrazy cieni czarnych dziur, albo śledzić gwiazdy, pulsary na ich drodze wokół czarnych dziur, wykorzystując wszystkie dostępne metody badania tych obiektów.

Możliwe, że to właśnie czarne dziury będą naszymi egzotycznymi laboratoriami w przyszłości.

Powiedz w naszej