Черные дыры: их происхождение, свойства и место во Вселенной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №4

Поселка Псебай

Муниципального образования Мостовский район, Краснодарский край

Черные дыры: их происхождение, свойства и место во Вселенной

Автор: Маликов Алексей Александрович,

МБОУГ №4, 11 класс, 02.09.95

Руководитель: Ботченко Людмила Михайловна

Поселок Псебай, ул. Комсомольская 18,

8(861)6-14-36

Черные дыры - один из самых таинственных объектов Вселенной. Ничто не может «убежать» от них, они способны поглощать целые галактики. Когда-то черные дыры были научной фантастикой, сейчас нам известно, что они существуют и тому есть реальные доказательства.

Это изображение (Приложение 1) является одним из доказательств существования черных дыр. Оно показывает четную дыру, поглощающую звезду из созвездия Орла. Красные участки, которые вы видите, являются газом, выбрасываемым черной дырой в космос. Вероятнее всего, через несколько миллионов лет эта звезда будет полностью поглощена и исчезнет.

Несмотря на свойство разрушения, по силе не сравнимую ни с чем во Вселенной, черные дыры также помогают создавать галактики, они - жизненно важная часть великого космического механизма. Некоторые ученые предполагают, что они даже могут быть проходом в параллельные вселенные.

Сила черных дыр происходит от одной из главных сил природы - гравитации. В данном случае сила гравитации имеет невероятно огромный масштаб: гравитация настолько сильна, что поглощает все, что находится поблизости (по космическим меркам), она может даже захватить даже свет отдаленной звезды.

Представьте себе, что черная дыра это водопад, гравитация - река, текущая в сторону водопада, а луч света - это байдарка. Вдали от водопада течение слабое, байдарка может противодействовать ему и плыть в своем направлении. Но чем ближе водопад, тем сильнее течение и байдарке все сложнее противостоять ему. Край водопада - это край черной дыры. Неважно, какой силой обладает лодка, она все равно упадет в водопад. То же самое происходит и в космосе. Именно поэтому черная дыра - черная.

Но это не просто большая всасывающая часть космоса, она невероятно тяжелая и плотная. Чтобы понять, насколько она плотна и тяжела, представьте себе, что мы сжали Землю до размеров шарика для гольфа. При такой плотности даже атомы столкнутся друг с другом, но вес и гравитация останутся неизменными.

Но как же рождаются эти феномены космоса? Во Вселенной существует лишь одно место, способное создавать черные дыры, это ядра огромных звезд. Когда сверхмассивная звезда (в сотни и тысячи раз тяжелее Солнца) умирает, это приводит к величайшему взрыву - гипернове. Это рождение черной дыры. Во Вселенной миллионы звезд; одни из них тихо умирают, другие взрываются с огромной силой и лишь единицы становятся после гибели черными дырами.

Это - умирающая звезда созвездия Большого Пса (Приложение 2), она более двух миллиардов километров в диаметре. Как и все звезды, она является огромным реактором ядерного синтеза, излучающим энергию в пространство. В то же время, сильная гравитация звезды сжимает ее. Несколько миллионов лет эти силы находятся в противостоянии, но когда у звезды заканчивается топливо, то соперничество заканчивается - гравитация выигрывает. В миллисекунду ядро сжимается в крошечную частицу по сравнению с ее исходным размером и рождается маленькая черная дыра. В то же мгновение она начинает поглощать все, что осталось от звезды. Черная дыра поглощает газ так быстро, что «давится» и «откашливается», излучая обширные лучи энергии. В итоге звезда взрывается. За одну секунду она выбрасывает в пространство столько энергии, сколько Солнце не может произвести за всю свою жизнь. Все, что остается - это черная дыра и два джета энергии, движущиеся со скоростью света. Эти джеты называются гамма-всплесками. Они несут огромное количество энергии и длятся всего несколько секунд.

черный дыра созвездие

Гамма-всплески очень важны для науки - они указывают на черные дыры. Изучая их, можно понять как много было создано черных дыр.

В 2004 году NASA запустило зонд «Svift», чтобы сканировать нашу Вселенную на предмет гамма-вспышек. «Svift» может наблюдать только часть происходящего, и тем не менее он засекает не менее одной вспышки в день.. это открытие потрясло астрономию до самого основания.

Одно дело найти черные дыры. Выяснить, как они устроенным- это уже совсем другая история. Единственный способ выяснить это - посетить одну из них. Чтобы совершить такое фантастическое путешествие, нам придется отправиться внутрь черной дыры. Там мы найдем место, где реальность перестает существовать и время останавливается. Очевидно, что мы не сможем отправить людей к черной дыре, но роботов - конечно. роботизированный зонд сможет передать данные прямо перед тем, как пересечь край. Этот край называется горизонтом событий. Это конец времени и пространства, по крайней мере в известной нам Вселенной. Когда мы достигнем горизонта событий, гравитация станет сильнее и начнут происходить очень странные вещи. Гравитация начнет растягивать зонд до предела, а затем разорвет его на части. Но представим, что зонд окажется достаточно крепким и сможет двигаться дальше.

Если наблюдать со стороны, то будет похоже, что зонд замедляется по мере приближения к горизонту событий. Это будет происходить из-за огромной силы гравитации, которая замедляет время. Затем возникнет иллюзия, что он совсем остановился.

Со стороны зонда замедления не будет заметно, он будет продолжать двигаться и пересечет горизонт событий. Если зонд направит камеру назад, то станет видно белое пятно - это свет, притягиваемый черной дырой. Если же он направит камеру вперед, то вначале она будет показывать лишь темноту, но по мере приближения к центру она попадет в самое странное место во Вселенной, ученые называют его сингулярностью. В этом месте из-за бесконечной плотности и гравитации законы физики не работают в привычном нам представлении. Слово сингулярность и переводится как особенность, неизвестность, странность.

Мы знаем, что черные дыры рождаются при взрыве сверхмассивных звезд, большинство из этих дыр не больше 30 километров в диаметре. Но в наши дни ученые открыли гораздо большие черные дыры, они называются сверхмассивными, размером они равны всей нашей солнечной системе. Один из таких «монстров» находится в центре нашей галактики. Хотя мы и не можем наблюдать за самой черной дырой, мы все же имеем возможность видеть указывающие на нее знаки.

Используя инфракрасный телескоп ученые наблюдали за центром нашей галактики и обнаружили там плотное скопление из миллионов звезд, но так и не смогли увидеть, что находится в самом центре. Одна команда ученых-астрофизиков работала над этим вопросом 15 лет.

Высоко в горах Мауна Ки на Гавайях огромный телескоп «Кек» имеет возможность заглянуть прямо в центр Млечного Пути. Когда «Кек» приступает к работе, то лучи лазера сталкиваются с небольшими возмущениями в атмосфере, которые могут исказить изображение. Чтобы компенсировать эти искажения, используют огромные зеркала, лишь тогда можно получить достаточно четкое изображение, чтобы следить за звездами в центре галактики. «Кек» сделал тысячи фотографий за последние 15 лет, и то, что они показали - удивительно!

Звезды в центре Млечного Пути движутся со скоростью в миллионы километров в час. Они похожи на маленькие планеты, вращающиеся вокруг невидимого Солнца, но это не планеты - это огромные звезды, которые имеют колоссальные массы, поэтому необходимы огромные силы, чтобы вращать их по таким орбитам и с такой скоростью. Во Вселенной существует лишь одна сила, способная на это - сверхмассивная черная дыра. (Приложение 3)

Мы не единственная галактика, в которой есть черная дыра, они находятся в центрах большинства галактик нашей Вселенной. Например, наша соседка, галактика Андромеда, вращается вокруг черной дыры, весящей в 140 миллионов раз больше Солнца. Другие, как, например, галактика N 87, имеет дыры, весом более 20 миллиардов Солнц.

Как черные дыры достигают таких масс и как оказываются в центре галактик? Чтобы получить ответы, нам надо вернуться на 14 миллиардов лет назад, к моменту рождения Вселенной. Тогда Вселенная была наполнена облаками газов от большого взрыва. В некоторых местах газ был достаточно плотным для формирования новых звезд, большинство из которых были сверхмассивными. В результате их гибели создавалось множество черных дыр. Гравитация собирала многие из них вместе, повсюду в молодой Вселенной они соединялись, создавая все большие и большие черные дыры. При помощи огромной гравитации они собирали вокруг себя огромное количество газа. Таким образом формировались примитивные галактики.

Но черная дыра продолжала поглощать газ до тех пор, пока не насыщалась полностью и не производила самую мощную огненную вспышку во Вселенной - два огромных джета энергии. Каждый джет в два раза шире нашей солнечной системы. Сверхмассивная черная дыра порождает квазары . это реальная фотография квазара в галактике N87, в 50 миллионах световых лет от нас. (Приложение 4)

Квазары выбрасывают огромное количество газа в окружающую их галактику, что порождает явление, схожее с ветром. Этот «ветер» выдувает весь газ из галактики. После того как газ исчезает, квазар начинает затухать и постепенно перестает существовать. В результате остается галактика с огромной черной дырой в центре и множеством молодых звезд, такая как Млечный Путь, который мы можем наблюдать невооруженным глазом в ясном ночном небе.

Теперь астрономы ищут новые, не открытые наукой квазары, ведь это ключ к открытию черных дыр и к пониманию того, как они работают. Запускаются новые космические телескопы, способные различать мощные рентгеновские лучи, производимые квазаром. Были обнаружены тысяси квазаров, на фотографиях представлены лишь некоторые из них. (Приложение 6, 7)

Что бы ни открыли ученые, науке теперь известно, что черные дыры повсюду, что они крупнее размером и имеют гораздо большее значение, чем ранее предполагали. Но это еще не конец истории, нас ждет еще множество открытий, связанных с объектами, которые мы называем черными дырами.

Список литературы

1. Дюпре Б. Большая энциклопедия Oxford. М.: «Росмен-Пресс», 2002

2. Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. М.: «Амфора», 2009

3. Бейн Д. Чёрные дыры и «тёмные острова пространства». М.: «Россмэн», 2005

4. Черепащук А. Черные дыры во Вселенной. М.: «Век 2», 2005

Размещено на Allbest.ru