Что такое черная дыра, и что будет с космонавтом, если он туда попадет? Случалось ли такое, чтобы там исчезали спутники или люди?
Наука предполагает, что чёрная дыра образуется в результате подходящего стечения обстоятельств при взрыве звезды.
Когда звезда просуществовала очень долго, её содержимое почти «выгорело», звезда разделяется на ядро и верхние слои, которые начинают раздуваться. Звезда увеличивается в размерах во много раз. Потом наступает момент, когда звезда быстро потухает. В этот момент её раздутые слои уже ничто не держит и они с огромной скоростью устремляются обратно к ядру звезды. Происходит столкновение страшной силы, которое вызывает сильнейший взрыв. В результате наружная часть звезды улетает в космос, а внутренняя часть, наоборот, сдавливается, стискивается.
Сдавливание приводит к тому, что всё вещество (все атомы) располагается настолько плотно, насколько это вообще возможно. Наверное, вы помните, что вещество состоит из атомов и расстояния между атомами огромные. Можно сказать, что обычно любая материя почти целиком состоит из пустоты. И лишь изредка там встречаются атомы.
Так вот, в результате удара, атомы спрессовываются как селёдки в бочке. Пустоты там никакой уже нет. Это — нейтронная звезда. Это очень экстремальный вид звезды и она тоже впечатляет. Но это ещё не чёрная дыра.
Чтобы образовалась чёрная дыра, удар должен быть ещё сильнее. Удар должен быть такой силы, чтобы атомы начали в буквальном смысле вминаться друг в друга. Такая сила, что у атомов нет никаких сил, которые могли бы этому сопротивляться. В результате атомы начинают проваливаться друг в друга. Теперь в одном месте находится 2 атома одновременно. Но нет никакого препятствия в том, чтобы затем впихнуть туда третий атом, четвёртый, десятый, сотый. Так внутри звезды (вернее того, что осталось от звезды) возникает микроскопическая чёрная дыра. Причём этот процесс будет продолжаться, чёрная дыра будет расти и вскоре начнёт сама стремительно затягивать звезду (уже безо всякого дополнительного сжатия). Новая и новая масса проваливается в одну точку и ничто не способно это остановить. Очень скоро (я не знаю точно, но, наверное, в считанные секунды, может быть, минуты, часы) всё, что осталось от звезды исчезает внутри чёрной дыры.
Подводя итоги. Чёрная дыра — это результат такого удивительного явления, что (если вначале очень сильно постараться), по видимому, можно впихнуть сколько угодно вещества (тонны, миллиарды тонн, миллиарды миллиардов тонн) в микроскопический объём пространства размером с один атом. Эта яма никогда не наполнится, она бездонная. Причём, стоит даже небольшому количеству вещества провалиться в одну точку, как оно (благодаря закону притяжения) начинает уже само, без всяких усилий притягивать и утягивать внутрь всё вокруг.
Можно было бы сказать, что размеров у чёрной дыры нет. Её размер — это точка, бесконечно маленький размер. Но в науке сложилась традиция, что размерами чёрной дыры считается «горизонт событий». Это такая воображаемая сфера вокруг чёрной дыры, при попадании внутрь которой назад дороги уже нет: гравитация там столь сильна, что ничто не способно вылететь обратно наружу, поэтому мы не можем знать, что там внутри. Поскольку вылететь не может даже свет, горизонт событий выглядит со стороны как абсолютно чёрная сфера (видимо, отсюда и название «чёрная дыра»). Чем большую массу имеет чёрная дыра (чем больше в неё провалилось вещества), тем сильнее её гравитация, тем больше размеры этой сферы (горизонта событий). Очень большие чёрные дыры имеют массу миллионов Солнц и размеры, сравнимые с размером орбиты Земли вокруг Солнца (такая чёрная дыра находится в центре нашей галактики). Маленькие чёрные дыры могут иметь массу 3-5 Солнц и размер в несколько десятков километров.
Ни люди, ни спутники (по крайней мере те, что сделаны человеком) в чёрные дыры не падали, потому что ближайшая чёрная дыра находится очень далеко. В солнечной системе чёрных дыр нет.
Если в чёрную дыру упадёт космонавт, то он погибнет. Наступит момент, когда из-за невероятно сильной гравитации его нижняя часть тела оторвётся от верхней. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока космонавт не разделится на атомы. Одновременно с этим, с боков гравитация будет, наоборот, сдавливать его и, в конце-концов, расплющит в ниточку атомов. Эти атомы продолжат лететь к центру чёрной дыры.
Но всего этого мы уже не увидим. Если чёрная дыра достаточно большая, то (глядя со стороны) мы увидим, как космонавт подлетает к горизонту событий, его образ замирает, тускнеет и растворяется в абсолютной черноте. Хотя если чёрная дыра маленькая, то космонавт, скорее всего, погибнет (по тем же причинам) ещё до того, как долетит до чёрной дыры (до горизонта событий).
P. S. Ради простоты описания мною были допущены некоторые небольшие неточности, которые не влияют на общую идею сказанного.
Источник
Темнее тёмного: идеально чёрный материал теперь в спрее
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Когда ты разрабатываешь ультрачувствительный телескоп, чёрный цвет не может быть достаточно чёрным. Ведь необходимо минимизировать отражение света на действительно космическом уровне. За эту задачу в 2014 взялись британские учёные. И вопреки анекдотам преуспели, разработав инновационную краску-покрытие Vantablack .
Vantablack – это супер-черная краска-покрытие, состоящая из мириад карбоновых нанотрубок. После нанесения на поверхность она способна удерживать 99.965 процентов света. Этого достаточно, чтобы трёхмерные объекты, покрытые Vantablack, под некоторыми углами казались совершенно плоскими, двухмерными.
Правда, сам процесс нанесения супер-чёрного покрытия (через химическое осаждение из газовой фазы) оказался весьма трудоемким. Потому было решено создать её усовершенствованную версию, которую можно использовать даже в быту. В обозримом будущем, разумеется. Так появилась Vantablack S-VIS – тот же ультрачёрный, только в формате спрея.
Чёрный в версии Vantablack S-VIS так же идеален, как его предшественник. Почти так же: покрытие способно удерживать 99.8 процентов света. Для сравнения, это обеспечит в 17 раз меньшее отражение света, чем «супер-чёрная» краска телескопа Хаббл .
В чём польза инновации для тех, кому космос только снится? Благодаря облегчённому формату нанесения идеально чёрная краска может использоваться в производстве фотокамер и другой техники. Да и в любой иной области, даже в сугубо эстетических целях. К примеру, с помощью Vantablack S-VIS можно создавать арт-объекты или удивительную «плоскую» одежду. Или очень странную рекламу.
Идеально чёрная краска и её ученые-родители уже живут насыщенной не только наукой, но и культурными событиями жизнью. С первого марта объекты, покрашенные Vantablack S-VIS, стали частью экспозиции Музея науки в Лондоне. Ведь посмотреть на «чёрную дыру в миниатюре» желают многие.
А тем, кому опротивел чёрный цвет и не хватает в жизни ярких красок, рекомендуем узнать, как покрасить стены радугой.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Источник
Черная дыра, фото из космоса – реальное доказательство ее существования
В апреле 2019 года астрономы представили первое в истории изображение черной дыры. Получить изображение удалось благодаря телескопу Event Horizon, который объединил радиотелескопы по всему миру в одно гигантское устройство. Ниже мы публикуем изображение черной дыры, фото из космоса — это реальное доказательство ее существования.
Черная дыра: исследования НАСА
На протяжении десятилетий ученые пытались предсказать, как может выглядеть черная дыра. Теперь мы точно знаем, что астрофизические объекты, которые еще 50 лет назад были теорией, действительно являются тем, чем считали их астрономы и физики. Исследователи, занимающиеся изучением чёрных дыр, отметили, что для них было настоящим облегчением узнать, что наблюдения соответствуют их прогнозам.
Черная дыра в космосе: реальное фото
Как выглядит черная дыра в космосе?
На снимке можно увидеть размытое оранжевое пятно, в середине которого тень от черной дыры. Саму черную дыру увидеть невозможно — ее огромная гравитация поглощает свет. Вокруг черной дыры расположен аккреционный диск из горячего газа и пыли. Этот диск излучает радиацию.
Поскольку диск вращается, он кажется ярче в тех местах, где находится ближе к нам. Изображение не имеет достаточно высокого разрешения для того, чтобы определить направление вращения. Но команда ученых, которая наблюдала за объектом в течение четырех дней, утверждает, что он вращается по часовой стрелке.
Черная дыра огромна — ее масса примерно в 6 миллиардов раз больше массы Солнца. Находится она в центре гигантской эллиптической галактики под названием M87.
Видео НАСА: черная дыра разрывает звезду
В сентябре 2019 года ученые еще больше продвинулись в понимании черных дыр. С помощью телескопа НАСА им удалось от начала и до конца заснять редкое космическое событие — то, как массивная черная дыра поглощает звезду, находящуюся в области ее притяжения.
Здесь вы можете посмотреть видео NASA, на котором черная дыра разрывает звезду.
Источник
Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары
Что такое черная дыра
Черная дыра — это область внутри космоса с настолько сильной гравитацией, что она засасывает все вокруг, включая свет. Профессор РАН Сергей Попов объясняет, что у черных дыр нет одного четкого определения, и даже такое — это один из вариантов. Если спросить разных ученых — астрофизиков и физиков — они подойдут к ответу с разных сторон. Есть энциклопедические словари, которые закрепляют определения и дают конкретные ответы, но единственно верной формулировки не существует.
Сам Сергей определяет черные дыры как максимально компактный объект, который не демонстрирует свойств поверхности. И размер этого объекта соответствует радиусу Шварцшильда — расстоянию от центра тела до горизонта событий. Где горизонт событий — это «точка невозврата» или граница черной дыры. Для каждого объекта существует свой радиус Шварцшильда, который можно рассчитать. Если сжать любой предмет до этого радиуса, он превратится в черную дыру. Условно говоря, если бы мы хотели сжать Солнце и трансформировать его в черную дыру, его радиус составил бы всего 3 км, при изначальных около 700 тыс. км.
Само словосочетание «черная дыра» — это просто удачно придуманное обозначение. Примерно как «Большой взрыв». Сама идея черных дыр возникла в конце XVIII века. Тогда их называли по-другому: были варианты «застывшие звезды» или «коллапсары». Но в итоге научная журналистка Энн Юинг предложила такой термин.
Сергей рассказывает, что в науке часто приживается какое-то словосочетание именно благодаря тому, что оно удобное. Дыра — потому что, если что-то туда попало, то не может выбраться назад. А черная — потому, что сам по себе этот объект ничего или практически ничего не излучает. Если представить пустую Вселенную, черный космос, и поместить там черную дыру, то ее невозможно будет увидеть. Она ничем не выделяется на фоне этой черноты.
Черные дыры как область пространства-времени
Черные дыры еще определяют как область пространства-времени. Сергей Попов объясняет, что все современные теории гравитации — теории геометрические. В них гравитация описывается как свойство пространства и времени. Имеется в виду, что между пространством и временем можно составить уравнение, это взаимосвязанные величины.
С начала ХХ века, с первых работ Эйнштейна по теории относительности, пространство и время объединены в некоторую сущность. Любые тела, не только массивные, но и самые маленькие, искривляют пространство вокруг себя и одновременно влияют на ход времени. Современные измерения позволяют определить, что в одном месте время идет не так, как в другом. Можно провести эксперимент и обнаружить эту разницу.
Черная дыра — это экстремальный способ воздействия на пространство — когда в одном месте собрали так много вещества или энергии, что пространство-время свернулись и образовали специфическую область. Можно говорить, что черная дыра — это объект, но с бытовой точки зрения объект — это что-то имеющее поверхность. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стол, это будет объект с началом в конкретной точке. Если в абсолютно темной комнате или с завязанными глазами попасть в черную дыру, невозможно заметить ее границу. Потому что нет никакой твердой поверхности, человек сразу окажется внутри этой области.
Сергей сравнивает такой переход с государственными или областными границами. Если идти по лесу из одной страны в другую, то без указателей и карт невозможно заметить, в какой точке кончается одно государство и начинается другое. Лес в Финляндии ничем не отличается от леса в России, и нет никакой четкой границы, на которую можно наткнуться. И черная дыра — это такая область, где масса свернула пространство-время, и в итоге никакие предметы не могут ее покинуть, как только пересекут границу. Все, что туда попало, навсегда останется за горизонтом.
Черные дыры интересны в первую очередь как экстремальные объекты. Это максимально скрученное пространство-время, и многие эффекты становятся более заметны вблизи черных дыр. Начинают появляться принципиально новые физические феномены.
В теории гравитации стремятся подобраться как можно ближе к этим экстремальным объектам. Поэтому, говорит Сергей, изучение поведения вещества в окрестности черных дыр — очень интересная штука.
Как обнаружить черную дыру
В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить. Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра.
Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили. Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они.
Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить.
Но в звездах не камни, а газ. Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.
В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях. В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.
Почти все массивные звезды превращаются в черные дыры, но не все они находятся в двойных системах, или у них нет перетекания. В таком случае дыры ищут другим способом. Сергей рассказывает, что черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя, но тут важна не столько масса, сколько компактность. Понять это легко, достаточно представить острый предмет. Это предмет с очень маленькой площадью. Если просто ткнуть куда-то пальцем, нельзя проткнуть поверхность, а если с такой же силой надавить на иголку, то проткнется палец, которым на нее давят. Так вот маленькие объекты при той же массе сильнее искривляют пространство-время вокруг себя. Такой эффект называется гравитационным линзированием.
Ученые наблюдают за звездой и вдруг замечают, что ее блеск растет, а потом совершенно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не произошло, но между нами и звездой пролетел массивный объект. И этот массивный объект, искажая пространство-время, собрал световые лучи.
Поэтому кажется, будто возрастает светимость звезды, а на самом деле просто больше ее света было собрано и попало к нам. Звезда с массой десять масс Солнца светила бы очень заметно, ученые бы ее не пропустили. А в таких наблюдениях появляется абсолютно темный объект с массой примерно десять солнечных. Что это может быть? Только черная дыра.
Если есть пара черных дыр, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. И в 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Это последний на сегодняшний день хороший способ поиска черных дыр.
Как сфотографировать черную дыру
Сергей Попов предлагает вспомнить фильмы или книги о человеке-невидимке. Его не видно, но если он надевает на себя одежду, мы видим одежду. Если пытается скрыться, то можно обсыпать его мукой или заметить следы. Черные дыры изучают примерно тем же способом. Ученые не видят горизонт событий и не видят недра черной дыры, поскольку ничто не может пересечь горизонт обратно в нашу сторону. Но они изучают поведение вещества вокруг.
То, что принято называть фотографией черной дыры, на самом деле — изображение вещества, движущегося вокруг черной дыры. Но в центре действительно возникает темная область, поскольку там находится черная дыра, из которой не может исходить свет.
По большей части черные дыры — маленькие объекты, находящиеся очень далеко от нас. Разглядеть черноту внутри яркой области удалось всего в одном случае. Для качественного снимка нужна была самая большая черная дыра в центре относительно близкой галактики. Дальше встала техническая задача — получить изображение с достаточной детализацией. Ни один телескоп сам по себе не может сделать такое изображение. Но если совместить несколько телескопов и разнести их на большие расстояния, то с точки зрения деталей они будут работать как один большой телескоп. Именно таким способом, при помощи нескольких телескопов, разбросанных почти по всему земному шару, удалось сделать снимок того, что все называют фотографией черной дыры в галактике М87. Такая фотография пока остается единственной.
Чтобы получить нечто похожее на снимок от других объектов, ученым нужны новые инструменты. Тем не менее есть прямые данные наблюдения поведения вещества вокруг разных черных дыр, практически вплоть до самого горизонта. До расстояния всего в несколько раз превышающих размер горизонта черной дыры.
Источник