Schwarze Löcher sind einige der seltsamsten und faszinierendsten Körper im Universum. Sie sind Objekte mit extrem hoher Dichte. Und sie haben eine so starke Anziehungskraft, dass selbst Licht ihrer monströsen Umarmung nicht entkommen kann.

Albert Einstein sagte erstmals 1916 in seiner allgemeinen Relativitätstheorie die Existenz von Schwarzen Löchern voraus. Der Begriff "Schwarzes Loch" wurde 1967 vom amerikanischen Astronomen John Wheeler geprägt. Es wurde erstmals 1971 verwendet.

Es gibt drei Arten von Schwarzen Löchern: normale Schwarze Löcher, supermassereiche Schwarze Löcher und mittlere Schwarze Löcher.

Gewöhnliche Schwarze Löcher. Klein aber fein

Im Jahr 2014 entdeckten Astronomen ein Objekt, das sich als Schwarzes Loch mittlerer Masse herausstellte. Es befindet sich im Arm einer Spiralgalaxie.

Theorie des Schwarzen Lochs - wie sie funktionieren

Schwarze Löcher sind unglaublich massiv. Gleichzeitig nehmen sie einen kleinen Raum ein. Es gibt eine direkte Beziehung zwischen Masse und Schwerkraft. Dies bedeutet, dass sie ein extrem starkes Gravitationsfeld haben. Fast nichts kann ihnen entkommen. In der klassischen Physik kann selbst Licht, das in ein Schwarzes Loch fällt, es nicht verlassen.

Eine solch starke Anziehungskraft schafft ein Beobachtungsproblem, wenn es um Schwarze Löcher geht. Wissenschaftler können sie einfach nicht so "sehen", wie sie Sterne und andere Objekte im Raum sehen können. Um diese Objekte zu erkennen, verlassen sich Wissenschaftler auf Strahlung, die emittiert wird, wenn Staub und Gas von einem Schwarzen Loch absorbiert werden. Das Zentrum der Galaxie kann von Staub und Gas umgeben sein. Dies kann die Beobachtung von Testemissionen blockieren.

Wenn sich Materie in Richtung des Schwarzen Lochs bewegt, prallt sie manchmal aus dem Ereignishorizont ab und fliegt heraus, anstatt nach innen gezogen zu werden. Es entstehen helle Materialstrahlen, die sich mit praktisch relativistischen Geschwindigkeiten bewegen. Obwohl das Schwarze Loch selbst unsichtbar bleibt, können diese leistungsstarken Jets aus großer Entfernung gesehen werden.

Ereignishorizont

Schwarze Löcher haben drei "Schichten" - äußere, Ereignishorizont und Singularität.

Am Ereignishorizont des Schwarzen Lochs verliert das Licht seine Fähigkeit zu "entkommen". Wenn ein Partikel den Ereignishorizont überschreitet, kann es das Schwarze Loch nicht mehr verlassen. Am Ereignishorizont ist die Schwerkraft konstant.

Das Innere eines Schwarzen Lochs, das seine Masse enthält, wird als Singularität bezeichnet. Dies ist der einzige Punkt in Raum - Zeit, an dem sich die Masse eines Schwarzen Lochs konzentriert.

Nach den Konzepten der klassischen Mechanik und Physik kann nichts. Wenn jedoch die Quantenmechanik zur Gleichung hinzugefügt wird, ändern sich die Dinge ein wenig. In der Quantenmechanik gibt es für jedes Teilchen ein Antiteilchen. Es ist ein Teilchen mit der gleichen Masse und entgegengesetzter elektrischer Ladung. Wenn sie sich treffen, kann sich das Partikel-Antiteilchen-Paar vernichten.

Wenn ein Partikel-Antiteilchen-Paar außerhalb der Reichweite des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs erzeugt wird, kann eines der Partikel in das Schwarze Loch fallen und das andere herausgedrückt werden. Infolgedessen nimmt die Masse des Schwarzen Lochs ab. Dieser Vorgang wird aufgerufen hawking Strahlung... Und das Schwarze Loch kann sich auflösen, was von der klassischen Mechanik abgelehnt wird.

Wissenschaftler arbeiten immer noch daran, Gleichungen zu erstellen, mit denen die Funktionsweise von Schwarzen Löchern verstanden werden kann.

Leuchtendes Licht von doppelten schwarzen Löchern

Im Jahr 2015 entdeckten Astronomen, die das Gravitationswellenobservatorium () des Laserinterferometers verwendeten, erstmals Gravitationswellen. Seitdem wurden mit diesem Tool mehrere ähnliche Vorfälle beobachtet. Die von LIGO beobachteten Gravitationswellen stammten aus der Verschmelzung kleiner Schwarzer Löcher.

Die Beobachtungen von LIGO geben auch Aufschluss über die Drehrichtung des Schwarzen Lochs. Wenn zwei schwarze Löcher spiralförmig umeinander liegen, können sie sich in die gleiche Richtung drehen. Oder die Drehrichtungen können völlig unterschiedlich sein.

Es gibt zwei Theorien darüber, wie binäre Schwarze Löcher gebildet werden. Die erste geht davon aus, dass sie sich ungefähr zur gleichen Zeit aus zwei Sternen gebildet haben. Sie könnten zusammen geboren werden und ungefähr zur gleichen Zeit sterben. Die Begleitsterne hätten eine ähnliche Drehrichtung. Die schwarzen Löcher, die sie zurückließen, würden sich also auf die gleiche Weise drehen.

Nach dem zweiten Modell steigen schwarze Löcher in einem Sternhaufen in die Mitte ab und verschmelzen. Diese Gefährten hätten zufällige Spinorientierungen im Vergleich zueinander. LIGO-Beobachtungen von Schwarzen Löchern mit unterschiedlichen Spinorientierungen liefern überzeugendere Beweise für diese Bildungstheorie.

Dein Tod wird kommen, bevor du die Singularität erreichst. Eine Studie aus dem Jahr 2012 legt nahe, dass sich der Ereignishorizont wie eine Feuerwand verhält und Sie sofort zu Tode verbrennt.

Schwarze Löcher saugen nicht ein. Das Saugen wird dadurch verursacht, dass etwas in ein Vakuum gedrückt wird, was ein massives Schwarzes Loch definitiv nicht ist. Stattdessen treffen Objekte sie einfach.

Das erste Objekt, das als erkanntes Schwarzes Loch angesehen wird, ist Cygnus X-1. C 1971 entdeckten Wissenschaftler Funkemissionen, die von Cygnus X-1 ausgehen. Ein massives verstecktes Objekt wurde entdeckt und als Schwarzes Loch identifiziert.

Cygnus X-1 war 1974 Gegenstand eines kameradschaftlichen Streits zwischen Stephen Hawking und dem theoretischen Physiker Kip Thorne. Letzterer behauptete, diese Quelle sei ein Schwarzes Loch. Im Jahr 1990 gab Hawking eine Niederlage zu.

Unmittelbar danach könnten sich kleine schwarze Löcher gebildet haben. Der sich schnell ausdehnende Raum hat möglicherweise einige seiner Regionen in winzige, dichte Schwarze Löcher geschrumpft. Sie waren weniger massereich als die Sonne.

Wenn ein Stern einem schwarzen Loch zu nahe kommt, kann er von ihm verschluckt werden. Astronomen schätzen, dass es in der Milchstraße zwischen 10 Millionen und einer Milliarde Schwarze Löcher gibt, deren Masse etwa dreimal so groß ist wie die der Sonne.

Die Stringtheorie schlägt mehr Arten von massiven riesigen Schwarzen Löchern vor als die konventionelle klassische Mechanik.

Schwarze Löcher sind großartiges Science-Fiction-Material für Bücher und Filme. Der Film stützte sich stark auf den Rat des theoretischen Physikers Kip Thorne. Dies hat dem Hollywood-Produkt echte Wissenschaft gebracht. Tatsächlich hat die Arbeit mit Spezialeffekten für den Blockbuster zu einem verbesserten wissenschaftlichen Verständnis darüber geführt, wie entfernte Welten aussehen könnten, wenn sie sich in der Nähe eines schnell rotierenden Schwarzen Lochs befinden.

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In Kontakt mit

Sowohl für Wissenschaftler vergangener Jahrhunderte als auch für Forscher unserer Zeit ist das größte Geheimnis des Weltraums ein Schwarzes Loch. Was ist in diesem System, das der Physik völlig unbekannt ist? Welche Gesetze gibt es? Wie vergeht die Zeit in einem Schwarzen Loch und warum können nicht einmal Lichtquanten von dort entweichen? Jetzt werden wir natürlich versuchen, aus theoretischer und nicht aus praktischer Sicht herauszufinden, was sich im Inneren des Schwarzen Lochs befindet, warum es im Prinzip gebildet wurde und existiert und wie es Objekte anzieht, die es umgeben.

Beschreiben wir zunächst dieses Objekt.

Ein bestimmter Raumbereich im Universum wird also als Schwarzes Loch bezeichnet. Es ist unmöglich, es als separaten Stern oder Planeten herauszustellen, da es kein fester oder gasförmiger Körper ist. Ohne ein grundlegendes Verständnis dessen, was Raum-Zeit ist und wie diese Dimensionen verändert werden können, ist es unmöglich zu verstehen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Der Punkt ist, dass dieser Bereich nicht nur eine räumliche Einheit ist. Dies verzerrt sowohl die drei uns bekannten Dimensionen (Länge, Breite und Höhe) als auch die Zeitachse. Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass im Bereich des Horizonts (wie der Bereich um das Loch genannt wird) die Zeit einen räumlichen Wert annimmt und sich sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen kann.

Lerne die Geheimnisse der Schwerkraft

Wenn wir verstehen wollen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, überlegen Sie im Detail, was Schwerkraft ist. Dieses Phänomen ist der Schlüssel zum Verständnis der Natur der sogenannten "Wurmlöcher", aus denen nicht einmal Licht ausgewählt werden kann. Die Schwerkraft ist die Wechselwirkung zwischen allen Körpern, die eine materielle Basis haben. Die Kraft einer solchen Gravitation hängt von der molekularen Zusammensetzung der Körper, von der Konzentration der Atome sowie von ihrer Zusammensetzung ab. Je mehr Teilchen in einem bestimmten Raumbereich kollabieren, desto größer ist die Gravitationskraft. Dies ist untrennbar mit der Urknalltheorie verbunden, als unser Universum die Größe einer Erbse hatte. Es war ein Zustand maximaler Singularität, und infolge des Ausbruchs von Lichtquanten begann sich der Raum auszudehnen, da die Teilchen voneinander abgestoßen wurden. Genau das Gegenteil wird von Wissenschaftlern als Schwarzes Loch beschrieben. Was steckt laut TBZ in so etwas? Singularität, die den Indizes entspricht, die unserem Universum zum Zeitpunkt des Ursprungs innewohnen.

Wie kommt Materie in ein "Wurmloch"?

Es wird angenommen, dass eine Person niemals verstehen kann, was in einem Schwarzen Loch passiert. Da es dort angekommen ist, wird es buchstäblich durch Schwerkraft und Schwerkraft zerquetscht. In der Tat ist dies nicht wahr. Ja, in der Tat ist ein Schwarzes Loch eine Singularitätsregion, in der alles maximal komprimiert ist. Dies ist jedoch keineswegs ein "Weltraumstaubsauger", der alle Planeten und Sterne ansaugen kann. Jedes materielle Objekt, das am Ereignishorizont erscheint, wird eine starke Verzerrung von Raum und Zeit beobachten (diese Einheiten sind vorerst getrennt). Das euklidische Geometriesystem beginnt zu versagen, mit anderen Worten, es schneidet sich, die Umrisse stereometrischer Figuren sind nicht mehr bekannt. Die Zeit wird sich allmählich verlangsamen. Je näher Sie dem Loch kommen, desto langsamer bewegt sich die Uhr relativ zur Erdzeit, aber Sie werden es nicht bemerken. Beim Fallen in das "Wurmloch" fällt der Körper mit einer Geschwindigkeit von Null, aber diese Einheit ist gleich unendlich. Krümmung, die unendlich gleich Null ist, was schließlich die Zeit im Singularitätsbereich stoppt.

Reaktion auf emittiertes Licht

Das einzige Objekt im Raum, das Licht anzieht, ist ein Schwarzes Loch. Was sich darin befindet und in welcher Form es sich befindet, ist unbekannt, aber es wird angenommen, dass dies stockfinster ist, was man sich nicht vorstellen kann. Lichtquanten, die dorthin gelangen, verschwinden nicht einfach. Ihre Masse wird mit der Masse der Singularität multipliziert, wodurch sie noch größer wird und vergrößert wird. Wenn Sie also im "Wurmloch" die Taschenlampe einschalten, um sich umzusehen, leuchtet sie nicht. Die emittierten Quanten multiplizieren sich ständig mit der Masse des Lochs, und grob gesagt werden Sie Ihre Situation nur verschlimmern.

Schwarze Löcher auf Schritt und Tritt

Wie wir bereits herausgefunden haben, ist die Grundlage der Bildung die Schwerkraft, deren Größe millionenfach größer ist als die der Erde. Die genaue Vorstellung davon, was ein Schwarzes Loch ist, wurde der Welt von Karl Schwarzschild vorgestellt, der tatsächlich den Ereignishorizont und den Punkt ohne Wiederkehr entdeckte und auch feststellte, dass Null im Zustand der Singularität gleich Unendlichkeit ist. Seiner Meinung nach kann sich überall im Raum ein Schwarzes Loch bilden. In diesem Fall muss ein bestimmtes materielles Objekt, das eine Kugelform hat, den Gravitationsradius erreichen. Zum Beispiel muss die Masse unseres Planeten in das Volumen einer Erbse passen, um ein Schwarzes Loch zu werden. Und die Sonne sollte mit ihrer Masse einen Durchmesser von 5 Kilometern haben - dann wird ihr Zustand einzigartig.

Der Entstehungshorizont der neuen Welt

Die Gesetze der Physik und Geometrie wirken hervorragend auf der Erde und im Weltraum, wo der Raum nahe am Vakuum liegt. Am Ereignishorizont verlieren sie jedoch völlig ihre Relevanz. Aus mathematischer Sicht ist es daher unmöglich zu berechnen, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Die Bilder, die Sie sich einfallen lassen können, wenn Sie den Raum gemäß unseren Vorstellungen von der Welt biegen, sind wahrscheinlich weit von der Wahrheit entfernt. Es wurde nur festgestellt, dass sich die Zeit hier in eine räumliche Einheit verwandelt und höchstwahrscheinlich einige weitere zu den vorhandenen Dimensionen hinzugefügt werden. Dies lässt vermuten, dass sich im Schwarzen Loch völlig unterschiedliche Welten bilden (das Foto zeigt dies bekanntlich nicht, da sich das Licht dort selbst frisst). Diese Universen können aus Antimaterie bestehen, die Wissenschaftlern heute unbekannt ist. Es gibt auch Versionen, in denen die Sphäre ohne Wiederkehr nur ein Portal ist, das entweder zu einer anderen Welt oder zu anderen Punkten unseres Universums führt.

Geburt und Tod

Wo mehr als die Existenz eines Schwarzen Lochs seine Geburt oder sein Verschwinden ist. Eine Kugel, die Raum-Zeit verzerrt, wie wir bereits herausgefunden haben, entsteht durch den Zusammenbruch. Es kann eine Explosion eines großen Sterns sein, eine Kollision von zwei oder mehr Körpern im Weltraum und so weiter. Aber wie wurde Materie, die theoretisch zu spüren war, zu einer Zeitverzerrungsdomäne? Das Rätsel ist in Bearbeitung. Es folgt jedoch eine zweite Frage: Warum verschwinden solche Bereiche ohne Wiederkehr? Und wenn schwarze Löcher verdunsten, warum kommt dann nicht dieses Licht und all die kosmische Materie, die sie hineingezogen haben, aus ihnen heraus? Wenn sich die Materie in der Singularitätszone auszudehnen beginnt, nimmt die Schwerkraft allmählich ab. Infolgedessen löst sich das Schwarze Loch einfach auf und an seiner Stelle befindet sich der übliche Vakuumraum. Daraus folgt ein weiteres Rätsel: Wo ist alles hingegangen, was hineingekommen ist?

Ist die Schwerkraft unser Schlüssel für eine glückliche Zukunft?

Die Forscher sind zuversichtlich, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, das die Energiezukunft der Menschheit gestalten kann. Was sich in diesem System befindet, ist noch unbekannt, aber es konnte festgestellt werden, dass am Ereignishorizont jede Materie in Energie umgewandelt wird, aber natürlich teilweise. Zum Beispiel wird eine Person, die sich in der Nähe des Punktes ohne Wiederkehr befindet, 10 Prozent ihrer Materie für ihre Umwandlung in Energie abgeben. Dieser Indikator ist einfach kolossal, er wurde eine Sensation unter Astronomen. Tatsache ist, dass auf der Erde während des Prozesses Materie nur zu 0,7 Prozent in Energie umgewandelt wird.

Das Konzept eines Schwarzen Lochs ist allen bekannt - von Schulkindern bis zu älteren Menschen wird es in der Science- und Science-Fiction-Literatur, in den gelben Medien und auf wissenschaftlichen Konferenzen verwendet. Aber was genau solche Löcher sind, ist nicht jedem bekannt.

Aus der Geschichte der Schwarzen Löcher

1783 g. Die erste Hypothese über die Existenz eines solchen Phänomens wie eines Schwarzen Lochs wurde 1783 vom englischen Wissenschaftler John Michell aufgestellt. In seiner Theorie kombinierte er zwei von Newtons Kreationen - Optik und Mechanik. Michells Idee war folgende: Wenn Licht ein Strom der kleinsten Teilchen ist, sollten die Teilchen wie alle anderen Körper die Anziehungskraft des Gravitationsfeldes erfahren. Es stellt sich heraus, dass es für das Licht umso schwieriger ist, seiner Anziehungskraft zu widerstehen, je massereicher der Stern ist. 13 Jahre nach Michell stellte der französische Astronom und Mathematiker Laplace (höchstwahrscheinlich unabhängig von seinem britischen Kollegen) eine ähnliche Theorie auf.

1915 g. Alle ihre Werke blieben jedoch bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts nicht beansprucht. 1915 veröffentlichte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie und zeigte, dass die Schwerkraft die durch Materie verursachte Krümmung der Raumzeit ist. Einige Monate später löste der deutsche Astronom und theoretische Physiker Karl Schwarzschild damit ein bestimmtes astronomisches Problem. Er untersuchte die Struktur der gekrümmten Raumzeit um die Sonne und entdeckte das Phänomen der Schwarzen Löcher wieder.

(John Wheeler führte den Begriff "Schwarze Löcher" in die wissenschaftliche Verwendung ein)

1967 Jahr Der amerikanische Physiker John Wheeler skizzierte einen Raum, der wie ein Stück Papier in einen unendlich kleinen Punkt zerknittert werden kann, und bezeichnete ihn als "Schwarzes Loch".

1974 Jahr Der britische Physiker Stephen Hawking hat bewiesen, dass Schwarze Löcher, während sie Meterium ohne Rückgabe absorbieren, Strahlung emittieren und schließlich verdampfen können. Dieses Phänomen nennt man Hawking-Strahlung.

2013 Die neuesten Studien zu Pulsaren und Quasaren sowie die Entdeckung von Reliktstrahlung haben es endlich ermöglicht, das Konzept der Schwarzen Löcher zu beschreiben. Im Jahr 2013 näherte sich die Gaswolke G2 dem Schwarzen Loch sehr nahe und wird wahrscheinlich von diesem absorbiert. Die Beobachtung des einzigartigen Prozesses bietet enorme Möglichkeiten für neue Entdeckungen der Merkmale von Schwarzen Löchern.

(Als massives Objekt Schütze A * ist seine Masse 4 Millionen Mal größer als die der Sonne, was eine Ansammlung von Sternen und die Bildung eines Schwarzen Lochs impliziert)

2017 Jahr... Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Event Horizon Telescope-Kollaboration mehrerer Länder, die acht Teleskope von verschiedenen Punkten der Erdkontinente miteinander verbunden hatten, führte Beobachtungen des Schwarzen Lochs durch, das ein supermassives Objekt ist und sich in der M87-Galaxie, dem Sternbild Jungfrau, befindet. Die Masse des Objekts beträgt 6,5 Milliarden (!) Sonnenmassen, gigantische Zeiten größer als das massive Objekt Schütze A *, zum Vergleich ist der Durchmesser etwas kleiner als die Entfernung von der Sonne zu Pluto.

Die Beobachtungen wurden in mehreren Phasen durchgeführt, beginnend im Frühjahr 2017 und in den Zeiträumen von 2018. Die Informationsmenge wurde in Petabyte berechnet, die dann entschlüsselt werden mussten, und es wurde eine echte Momentaufnahme eines sehr entfernten Objekts erhalten. Daher dauerte es weitere zwei Jahre, bis alle Daten gründlich verarbeitet und zu einem Ganzen zusammengefasst waren.

Dezember 2019Die Daten wurden erfolgreich dekodiert und in das erste Bild eines Schwarzen Lochs gerendert.

(Der erste Schnappschuss eines Schwarzen Lochs in der M87-Galaxie im Sternbild Jungfrau)

Mit der Bildauflösung können Sie den Schatten des Punktes ohne Rückkehr in der Mitte des Objekts sehen. Das Bild wurde als Ergebnis interferometrischer Beobachtungen mit einer sehr langen Grundlinie erhalten. Dies sind die sogenannten synchronen Beobachtungen eines Objekts von mehreren Radioteleskopen, die durch ein Netzwerk miteinander verbunden sind und sich in verschiedenen Teilen der Welt befinden und in dieselbe Richtung gerichtet sind.

Was schwarze Löcher wirklich sind

Eine lakonische Erklärung des Phänomens klingt so.

Ein Schwarzes Loch ist eine Raum-Zeit-Region, deren Anziehungskraft so groß ist, dass kein Objekt, einschließlich Lichtquanten, es verlassen kann.

Das Schwarze Loch war einst ein massereicher Stern. Solange thermonukleare Reaktionen einen hohen Druck im Darm aufrechterhalten, bleibt alles normal. Mit der Zeit wird die Energieversorgung jedoch erschöpft und der Himmelskörper beginnt unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zu schrumpfen. Die letzte Stufe dieses Prozesses ist der Zusammenbruch des Sternkerns und die Bildung eines Schwarzen Lochs.

• 1. Ausstoß eines Strahls durch ein Schwarzes Loch mit hoher Geschwindigkeit


• 2. Die Materiescheibe wächst zu einem schwarzen Loch


• 3. Schwarzes Loch


• 4. Detailliertes Diagramm der Schwarzlochregion


• 5. Größe der gefundenen neuen Beobachtungen

Die gängigste Theorie ist, dass ähnliche Phänomene in jeder Galaxie existieren, auch im Zentrum unserer Milchstraße. Die enorme Schwerkraft des Lochs kann mehrere Galaxien um sich halten und verhindern, dass sie sich voneinander entfernen. Der "Abdeckungsbereich" kann unterschiedlich sein, alles hängt von der Masse des Sterns ab, der sich in ein Schwarzes Loch verwandelt hat, und kann Tausende von Lichtjahren betragen.

Schwarzschild Radius

Die Haupteigenschaft eines Schwarzen Lochs ist, dass jede Substanz, die in es eindringt, niemals zurückkehren kann. Gleiches gilt für Licht. Löcher sind in ihrem Kern Körper, die alles Licht, das auf sie fällt, vollständig absorbieren und kein eigenes emittieren. Solche Objekte können visuell als Klumpen absoluter Dunkelheit erscheinen.

• 1. Materie in Bewegung mit halber Lichtgeschwindigkeit


• 2. Photonenring


• 3. Innerer photonischer Ring


• 4. Ereignishorizont in einem Schwarzen Loch

Basierend auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie kann ein Körper, wenn er sich dem kritischen Abstand zum Zentrum des Lochs genähert hat, nicht mehr zurückkehren. Dieser Abstand wird als Schwarzschild-Radius bezeichnet. Was genau in diesem Radius passiert, ist nicht sicher bekannt, aber es gibt die gängigste Theorie. Es wird angenommen, dass die gesamte Substanz eines Schwarzen Lochs in einem unendlich kleinen Punkt konzentriert ist, und in seinem Zentrum befindet sich ein Objekt mit unendlicher Dichte, das Wissenschaftler als singuläre Störung bezeichnen.

Wie fällt es in ein schwarzes Loch?

(Auf dem Bild sieht das Schwarze Loch von Schütze A * wie eine extrem helle Lichtgruppe aus.)

Vor nicht allzu langer Zeit, im Jahr 2011, entdeckten Wissenschaftler eine Gaswolke, die den unkomplizierten Namen G2 erhielt und ungewöhnliches Licht aussendet. Ein solches Leuchten kann zu Reibung in Gas und Staub führen, die durch die Wirkung des Schwarzen Lochs des Schützen A * verursacht wird und sich in Form einer Akkretionsscheibe um dieses dreht. So werden wir Beobachter des erstaunlichen Phänomens der Absorption einer Gaswolke durch ein supermassives Schwarzes Loch.

Den neuesten Studien zufolge wird die Annäherung an ein Schwarzes Loch im März 2014 erfolgen. Wir können ein Bild davon erstellen, wie dieses atemberaubende Spektakel stattfinden wird.

• 1. Wenn es zum ersten Mal in den Daten erscheint, ähnelt die Gaswolke einem riesigen Ball aus Gas und Staub.


• 2. Ab Juni 2013 ist die Wolke mehrere zehn Milliarden Kilometer vom Schwarzen Loch entfernt. Es fällt mit einer Geschwindigkeit von 2500 km / s hinein.


• 3. Es wird erwartet, dass die Wolke am Schwarzen Loch vorbeikommt, aber Gezeitenkräfte, die durch den Unterschied in der Anziehungskraft auf die Vorder- und Hinterkante der Wolke verursacht werden, führen dazu, dass sie eine zunehmend längliche Form annimmt.


• 4. Nachdem die Wolke auseinandergebrochen ist, fließt wahrscheinlich das meiste davon in die Akkretionsscheibe um Schütze A * und erzeugt darin Stoßwellen. In diesem Fall springt die Temperatur auf mehrere Millionen Grad.


• 5. Ein Teil der Wolke fällt direkt in das Schwarze Loch. Niemand weiß genau, was als nächstes mit dieser Substanz passieren wird, aber es wird erwartet, dass sie beim Fallen starke Röntgenstrahlen aussendet und niemand sonst sie sieht.

Video: Ein Schwarzes Loch absorbiert eine Gaswolke

(Computersimulation, wie viel der G2-Gaswolke vom Schwarzen Loch Schütze A * zerstört und absorbiert wird)

Was ist in dem schwarzen Loch?

Es gibt eine Theorie, die besagt, dass ein Schwarzes Loch im Inneren praktisch leer ist und seine gesamte Masse in einem unglaublich kleinen Punkt konzentriert ist, der sich genau in seiner Mitte befindet - einer Singularität.

Nach einer anderen Theorie, die es seit einem halben Jahrhundert gibt, geht alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, in ein anderes Universum, das sich im Schwarzen Loch selbst befindet. Nun ist diese Theorie nicht die wichtigste.

Und es gibt eine dritte, modernste und hartnäckigste Theorie, nach der sich alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, in Schwingungen von Saiten auf seiner Oberfläche auflöst, die als Ereignishorizont bezeichnet wird.

Was ist ein Ereignishorizont? Selbst mit einem supermächtigen Teleskop ist es unmöglich, in ein Schwarzes Loch zu schauen, da selbst Licht, das in einen riesigen kosmischen Trichter gelangt, keine Chance hat, wieder aufzutauchen. Alles, was zumindest irgendwie zu sehen ist, befindet sich in unmittelbarer Nähe.

Der Ereignishorizont ist eine herkömmliche Oberflächenlinie, unter der nichts (weder Gas noch Staub noch Sterne noch Licht) mehr entweichen kann. Und dies ist derselbe mysteriöse Punkt ohne Wiederkehr in den Schwarzen Löchern des Universums.

Von allen der Menschheit bekannten Objekten im Weltraum machen Schwarze Löcher den unheimlichsten und unverständlichsten Eindruck. Dieses Gefühl erfasst fast jeden Menschen, wenn er Schwarze Löcher erwähnt, obwohl die Menschheit seit mehr als anderthalb Jahrhunderten auf sie aufmerksam geworden ist. Das erste Wissen über diese Phänomene wurde lange vor Einsteins Veröffentlichungen zur Relativitätstheorie gewonnen. Aber die wirkliche Bestätigung der Existenz dieser Objekte wurde vor nicht allzu langer Zeit erhalten.

Natürlich sind Schwarze Löcher zu Recht berühmt für ihre seltsamen physikalischen Eigenschaften, die zu noch mehr Rätseln im Universum führen. Sie stellen leicht alle kosmischen Gesetze der Physik und der kosmischen Mechanik in Frage. Um alle Details und Prinzipien der Existenz eines solchen Phänomens wie eines kosmischen Lochs zu verstehen, müssen wir uns mit den modernen Errungenschaften der Astronomie vertraut machen und die Fantasie anwenden. Außerdem müssen wir über Standardkonzepte hinausgehen. Um das Verständnis und die Vertrautheit mit Weltraumlöchern zu erleichtern, hat die Portal-Site viele interessante Informationen vorbereitet, die sich auf diese Phänomene im Universum beziehen.

Merkmale von Schwarzen Löchern von der Portal-Site

Zuallererst sollte beachtet werden, dass Schwarze Löcher nicht aus dem Nichts kommen, sondern aus Sternen gebildet werden, die in Größe und Masse gigantisch sind. Darüber hinaus ist das größte Merkmal und die Einzigartigkeit jedes Schwarzen Lochs, dass es eine sehr starke Anziehungskraft hat. Die Anziehungskraft von Objekten auf das Schwarze Loch überschreitet die zweite kosmische Geschwindigkeit. Solche Schwerkraftindikatoren weisen darauf hin, dass selbst Lichtstrahlen nicht aus dem Wirkungsfeld eines Schwarzen Lochs entweichen können, da sie eine viel geringere Geschwindigkeit haben.

Ein Merkmal der Anziehung kann als die Tatsache bezeichnet werden, dass es alle Objekte anzieht, die sich in unmittelbarer Nähe befinden. Je größer das Objekt ist, das sich in der Nähe des Schwarzen Lochs befindet, desto mehr Einfluss und Anziehungskraft erhält es. Dementsprechend können wir schließen, dass je größer das Objekt ist, desto mehr wird es vom Schwarzen Loch angezogen, und um einen solchen Einfluss zu vermeiden, muss der Weltraumkörper sehr schnelle Bewegungsindikatoren haben.

Es kann auch mit Zuversicht festgestellt werden, dass es im gesamten Universum keinen solchen Körper gibt, der die Anziehung eines Schwarzen Lochs in unmittelbarer Nähe vermeiden könnte, da selbst der schnellste Lichtfluss diesen Einfluss nicht vermeiden kann. Die von Einstein abgeleitete Relativitätstheorie eignet sich hervorragend zum Verständnis der Merkmale von Schwarzen Löchern. Nach dieser Theorie kann die Schwerkraft die Zeit und die Raumverzerrung beeinflussen. Es heißt auch, dass je größer das Objekt im Weltraum ist, desto langsamer wird die Zeit. In der Nähe des Schwarzen Lochs selbst scheint die Zeit ganz anzuhalten. Wenn ein Raumschiff auf das Aktionsfeld eines Raumlochs trifft, kann man beobachten, wie es sich verlangsamt, wenn es sich nähert, und schließlich ganz verschwindet.

Sie sollten keine Angst vor Phänomenen wie Schwarzen Löchern haben und all den unwissenschaftlichen Informationen glauben, die im Moment existieren können. Zuallererst müssen Sie den häufigsten Mythos zerstreuen, dass Schwarze Löcher die gesamte Materie und die Objekte um sie herum ansaugen können und gleichzeitig wachsen und mehr und mehr absorbieren. All dies ist nicht ganz richtig. Ja, tatsächlich können sie kosmische Körper und Materie absorbieren, aber nur diejenigen, die sich in einem bestimmten Abstand vom Loch selbst befinden. Zusätzlich zu ihrer starken Schwerkraft unterscheiden sie sich nicht wesentlich von gewöhnlichen Sternen mit gigantischer Masse. Selbst wenn sich unsere Sonne in ein Schwarzes Loch verwandelt, kann sie nur Objekte in kurzer Entfernung anziehen, und alle Planeten bleiben in ihren üblichen Umlaufbahnen rotierend.

Wenn wir uns der Relativitätstheorie zuwenden, können wir schließen, dass alle Objekte mit starker Schwerkraft die Krümmung von Zeit und Raum beeinflussen können. Außerdem ist die Verzerrung umso größer, je größer die Körpermasse ist. So konnten Wissenschaftler dies erst kürzlich in der Praxis beobachten, als es möglich war, andere Objekte zu betrachten, die aufgrund riesiger kosmischer Körper wie Galaxien oder Schwarzer Löcher für unsere Augen unzugänglich gewesen sein sollten. All dies ist möglich, weil sich Lichtstrahlen, die in der Nähe eines Schwarzen Lochs oder eines anderen Körpers verlaufen, unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft sehr stark biegen. Diese Art der Verzerrung ermöglicht es Wissenschaftlern, viel weiter in den Weltraum zu schauen. Bei solchen Studien ist es jedoch sehr schwierig, den tatsächlichen Standort des untersuchten Körpers zu bestimmen.

Schwarze Löcher tauchen nicht aus dem Nichts auf, sie entstehen durch die Explosion supermassiver Sterne. Damit sich ein Schwarzes Loch bilden kann, muss die Masse des explodierten Sterns mindestens zehnmal größer sein als die Masse der Sonne. Jeder Stern existiert aufgrund von thermonuklearen Reaktionen, die innerhalb des Sterns stattfinden. In diesem Fall wird bei der Synthese eine Wasserstofflegierung freigesetzt, die aber auch die Wirkungszone des Sterns nicht verlassen kann, da ihre Schwerkraft Wasserstoff zurückzieht. Dieser ganze Prozess ermöglicht es den Sternen zu existieren. Die Fusion von Wasserstoff und die Schwerkraft des Sterns sind ziemlich gut geölte Mechanismen, aber eine Verletzung dieses Gleichgewichts kann zur Explosion des Sterns führen. In den meisten Fällen wird es durch die Erschöpfung des Kernbrennstoffs verursacht.

Abhängig von der Masse des Sterns sind mehrere Szenarien ihrer Entwicklung nach der Explosion möglich. So bilden massive Sterne ein Supernova-Explosionsfeld, und die meisten von ihnen bleiben hinter dem Kern des ehemaligen Sterns zurück, Astronauten nennen solche Objekte Weiße Zwerge. In den meisten Fällen bildet sich um diese Körper eine Gaswolke, die von der Schwerkraft dieses Zwergs gehalten wird. Eine andere Art der Entwicklung supermassiver Sterne ist ebenfalls möglich, bei der das resultierende Schwarze Loch die gesamte Materie des Sterns sehr stark in sein Zentrum zieht, was zu seiner starken Kompression führt.

Solche komprimierten Körper werden als Neutronensterne bezeichnet. In den seltensten Fällen kann sich nach der Explosion eines Sterns ein Schwarzes Loch bilden, wenn wir dieses Phänomen akzeptieren. Aber damit ein Loch entsteht, muss die Masse des Sterns gigantisch sein. In diesem Fall wird die Schwerkraft des Sterns einfach verrückt, wenn das Gleichgewicht der Kernreaktionen gestört ist. Gleichzeitig beginnt es aktiv zusammenzubrechen, wonach es nur noch ein Punkt im Raum wird. Mit anderen Worten können wir sagen, dass der Stern als physisches Objekt nicht mehr existiert. Trotz der Tatsache, dass es verschwindet, bildet sich dahinter ein Schwarzes Loch mit der gleichen Schwerkraft und Masse.

Es ist der Zusammenbruch von Sternen, der dazu führt, dass sie vollständig verschwinden und an ihrer Stelle ein Schwarzes Loch mit den gleichen physikalischen Eigenschaften wie der verschwundene Stern entsteht. Der einzige Unterschied ist der stärkere Kompressionsgrad des Lochs als das Volumen des Sterns. Das wichtigste Merkmal aller Schwarzen Löcher ist ihre Singularität, die ihr Zentrum bestimmt. Dieser Bereich widerspricht allen Gesetzen der Physik, Materie und des Raumes, die nicht mehr existieren. Um das Konzept der Singularität zu verstehen, können wir sagen, dass dies eine Barriere ist, die als Horizont kosmischer Ereignisse bezeichnet wird. Es ist auch die äußere Grenze der Aktion des Schwarzen Lochs. Die Singularität kann als Punkt ohne Wiederkehr bezeichnet werden, da dort die riesige Schwerkraft des Lochs zu wirken beginnt. Selbst das Licht, das diese Barriere überquert, kann nicht entkommen.

Der Ereignishorizont wirkt so attraktiv, dass er alle Körper mit Lichtgeschwindigkeit anzieht. Mit der Annäherung an das Schwarze Loch selbst steigen die Geschwindigkeitsindikatoren noch weiter an. Deshalb sind alle Objekte, die in die Wirkzone dieser Kraft fallen, dazu verdammt, von einem Loch hineingezogen zu werden. Es sollte beachtet werden, dass solche Kräfte in der Lage sind, einen Körper zu modifizieren, der in die Kraft einer solchen Anziehung gefallen ist, wonach sie sich zu einer dünnen Schnur ausdehnen und dann im Raum vollständig aufhören zu existieren.

Der Abstand zwischen dem Ereignishorizont und der Singularität kann unterschiedlich sein, dieser Raum wird als Schwarzschild-Radius bezeichnet. Deshalb ist die Reichweite umso größer, je größer das Schwarze Loch ist. Zum Beispiel können wir sagen, dass ein Schwarzes Loch, das so massereich wäre wie unsere Sonne, einen Schwarzschild-Radius von drei Kilometern hätte. Dementsprechend haben große Schwarze Löcher eine größere Reichweite.

Das Auffinden von Schwarzen Löchern ist ein schwieriger Prozess, da kein Licht aus ihnen austreten kann. Daher basieren die Suche und Bestimmung nur auf indirekten Nachweisen ihrer Existenz. Die einfachste Methode, um sie zu finden, die Wissenschaftler verwenden, besteht darin, nach ihnen zu suchen, indem sie Orte in einem dunklen Raum finden, wenn sie eine große Masse haben. In den meisten Fällen gelingt es Astronomen, Schwarze Löcher in binären Sternensystemen oder in den Zentren von Galaxien zu finden.

Die meisten Astronomen neigen dazu zu glauben, dass es im Zentrum unserer Galaxie auch ein supermächtiges Schwarzes Loch gibt. Diese Aussage wirft die Frage auf, ob dieses Loch alles in unserer Galaxie verschlucken kann. In Wirklichkeit ist dies unmöglich, da das Loch selbst die gleiche Masse wie die Sterne hat, weil es aus dem Stern erzeugt wird. Darüber hinaus weisen alle Berechnungen von Wissenschaftlern nicht auf globale Ereignisse hin, die mit diesem Objekt verbunden sind. Darüber hinaus werden sich die kosmischen Körper unserer Galaxie für weitere Milliarden von Jahren ohne Änderungen ruhig um dieses Schwarze Loch drehen. Von Wissenschaftlern aufgezeichnete Röntgenwellen können als Beweis für die Existenz eines Lochs im Zentrum der Milchstraße dienen. Und die meisten Astronomen neigen dazu zu glauben, dass Schwarze Löcher sie in großer Zahl aktiv emittieren.

Sehr oft gibt es in unserer Galaxie Sternensysteme, die aus zwei Sternen bestehen, und oft kann eines davon ein Schwarzes Loch werden. In dieser Version absorbiert das Schwarze Loch alle Körper auf seinem Weg, während sich die Materie um ihn herum zu drehen beginnt, wodurch die sogenannte Beschleunigungsscheibe gebildet wird. Ein Merkmal kann als die Tatsache bezeichnet werden, dass es die Rotationsgeschwindigkeit erhöht und sich dem Zentrum nähert. Es ist die Materie, die in die Mitte des Schwarzen Lochs fällt und Röntgenstrahlen aussendet, während die Materie selbst zerstört wird.

Binäre Sternensysteme sind die frühesten Kandidaten für den Status eines Schwarzen Lochs. In solchen Systemen ist es am einfachsten, ein Schwarzes Loch zu finden. Aufgrund des Volumens eines sichtbaren Sterns können auch die Indikatoren eines unsichtbaren Bruders berechnet werden. Derzeit ist der allererste Kandidat für den Status eines Schwarzen Lochs möglicherweise ein Stern aus dem Sternbild Cygnus, der aktiv Röntgenstrahlen aussendet.

Wenn wir aus alledem eine Schlussfolgerung über Schwarze Löcher ziehen, können wir sagen, dass sie kein so gefährliches Phänomen sind. Natürlich sind sie in unmittelbarer Nähe aufgrund der Schwerkraft die mächtigsten Objekte im Weltraum. Daher können wir sagen, dass sie sich nicht besonders von anderen Körpern unterscheiden. Ihr Hauptmerkmal ist ein starkes Gravitationsfeld.

Es wurde eine Vielzahl von Theorien zum Zweck der Schwarzen Löcher vorgeschlagen, von denen einige sogar absurd waren. Einer von ihnen zufolge glaubten Wissenschaftler, dass Schwarze Löcher neue Galaxien hervorbringen könnten. Diese Theorie basiert auf der Tatsache, dass unsere Welt ein ziemlich günstiger Ort für den Ursprung des Lebens ist, aber wenn sich einer der Faktoren ändert, wäre das Leben unmöglich. Aus diesem Grund können die Singularität und die Merkmale der Änderung der physikalischen Eigenschaften in Schwarzen Löchern zu einem völlig neuen Universum führen, das sich erheblich von unserem unterscheiden wird. Dies ist jedoch nur eine Theorie und eher schwach, da es keine Hinweise auf eine solche Wirkung von Schwarzen Löchern gibt.

Schwarze Löcher können nicht nur Materie absorbieren, sondern auch verdampfen. Ein ähnliches Phänomen wurde vor einigen Jahrzehnten nachgewiesen. Diese Verdunstung kann dazu führen, dass das Schwarze Loch seine gesamte Masse verliert und dann ganz verschwindet.

All dies ist die kleinste Information über Schwarze Löcher, die Sie auf der Website finden können. Wir haben auch eine Menge interessanter Informationen über andere Weltraumphänomene.

Betrachten Sie das Geheimnisvolle und Unsichtbare schwarze Löcher im Universum: interessante Fakten, Einsteins Forschung, supermassive und intermediäre Typen, Theorie, Struktur.

Sind einige der interessantesten und mysteriösesten Objekte im Weltraum. Sie haben eine hohe Dichte und die Gravitationskraft ist so stark, dass selbst Licht nicht darüber hinaus entweichen kann.

Zum ersten Mal sprach Albert Einstein 1916 über Schwarze Löcher, als er die allgemeine Relativitätstheorie entwickelte. Der Begriff selbst entstand 1967 dank John Wheeler. Und das erste Schwarze Loch wurde 1971 "bemerkt".

Die Klassifizierung von Schwarzen Löchern umfasst drei Typen: Schwarze Löcher mit Sternmasse, supermassive und Schwarze Löcher mit mittlerer Masse. Sehen Sie sich unbedingt das Video über Schwarze Löcher an, um viele interessante Fakten zu erfahren und diese mysteriösen kosmischen Formationen besser kennenzulernen.

Interessante Fakten über Schwarze Löcher

• Wenn Sie sich in einem Schwarzen Loch befinden, wird Sie die Schwerkraft dehnen. Aber Sie brauchen keine Angst zu haben, denn Sie werden sterben, bevor Sie die Singularität erreichen. Eine Studie aus dem Jahr 2012 ergab, dass Quanteneffekte den Ereignishorizont in eine Feuerwand verwandeln und Sie zu einem Aschehaufen machen.
• Schwarze Löcher saugen nicht ein. Dieser Prozess wird durch ein Vakuum verursacht, das in dieser Formation nicht vorhanden ist. Also fällt das Zeug einfach.
• Das erste Schwarze Loch war der Swan X-1, der von Raketen mit Geigerzählern gefunden wurde. 1971 erhielten Wissenschaftler ein Funksignal von Cygnus X-1. Dieses Objekt wurde Gegenstand eines Streits zwischen Kip Thorne und Stephen Hawking. Letzterer glaubte, dass dies kein Schwarzes Loch ist. 1990 gab er eine Niederlage zu.
• Unmittelbar nach dem Urknall könnten winzige schwarze Löcher aufgetaucht sein. Der sich schnell drehende Raum komprimierte einige Regionen zu dichten Löchern, die weniger massereich waren als die der Sonne.
• Wenn ein Stern zu nahe kommt, kann er auseinandergerissen werden.
• Nach allgemeinen Schätzungen gibt es etwa eine Milliarde schwarze Löcher mit einer Masse, die dreimal so groß ist wie die der Sonne.
• Wenn man die Stringtheorie und die klassische Mechanik vergleicht, entstehen aus der ersteren mehr Arten massiver Riesen.

Die Gefahr von Schwarzen Löchern

Wenn einem Stern der Treibstoff ausgeht, kann er einen Selbstzerstörungsprozess starten. Wenn seine Masse dreimal so groß war wie die der Sonne, wird der verbleibende Kern zu einem Neutronenstern oder einem weißen Zwerg. Aber der größere Stern verwandelt sich in ein Schwarzes Loch.

Diese Objekte sind klein, aber unglaublich dicht. Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Objekt vor sich, das so groß ist wie eine Stadt, aber seine Masse ist dreimal so groß wie die Sonnenmasse. Dies erzeugt eine unglaublich große Gravitationskraft, die Staub und Gas anzieht und seine Größe erhöht. Überraschenderweise kann es mehrere hundert Millionen stellare Schwarze Löcher geben.

Supermassive Schwarze Löcher

Natürlich geht nichts im Universum über die furchterregenden supermassiven Schwarzen Löcher. Sie überschreiten die Sonnenmasse milliardenfach. Es wird angenommen, dass solche Objekte in fast jeder Galaxie existieren. Wissenschaftler kennen noch nicht alle Feinheiten des Bildungsprozesses. Höchstwahrscheinlich wachsen sie aufgrund der Ansammlung von Masse aus dem umgebenden Staub und Gas.

Vielleicht verdanken sie ihre Größe der Verschmelzung von Tausenden kleiner schwarzer Löcher. Oder ein ganzer Sternhaufen könnte zusammenbrechen.

Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien

Die Astrophysikerin Olga Silchenko über die Entdeckung eines supermassiven Schwarzen Lochs im Andromeda-Nebel, Studien von John Kormendy und dunklen Gravitationskörpern:

Die Natur der Weltraumfunkquellen

Der Astrophysiker Anatoly Zasov über Synchrotronstrahlung, Schwarze Löcher in den Kernen entfernter Galaxien und neutrales Gas:

Mittlere Schwarze Löcher

Vor nicht allzu langer Zeit haben Wissenschaftler eine neue Art gefunden - Schwarze Löcher mittlerer Masse (Zwischenstufe). Sie können sich bilden, wenn Sterne in einem Cluster in einer Kettenreaktion kollidieren. Infolgedessen fallen sie in die Mitte und bilden ein supermassereiches Schwarzes Loch.

Im Jahr 2014 entdeckten Astronomen einen Zwischentyp im Arm einer Spiralgalaxie. Sie sind sehr schwer zu finden, da sie sich an unvorhersehbaren Orten befinden können.

Mikroschwarze Löcher

Der Physiker Edward Boos über die Sicherheit des LHC, die Geburt eines mikroschwarzen Lochs und das Konzept einer Membran:

Theorie des Schwarzen Lochs

Schwarze Löcher sind extrem massive Objekte, bedecken aber einen relativ bescheidenen Raum. Sie haben auch eine enorme Schwerkraft, die verhindert, dass Objekte (und sogar Licht) ihr Territorium verlassen. Es ist jedoch unmöglich, sie direkt zu sehen. Die Forscher müssen sich der Strahlung zuwenden, die beim Fressen des Schwarzen Lochs auftritt.

Interessanterweise kommt es vor, dass Materie, die auf das Schwarze Loch zusteuert, vom Ereignishorizont abprallt und weggeworfen wird. In diesem Fall werden helle Materialstrahlen gebildet, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen. Diese Emissionen können in großen Entfernungen erfasst werden.

- erstaunliche Objekte, bei denen die Schwerkraft so groß ist, dass sie Licht biegen, den Raum verformen und die Zeit verzerren kann.

In Schwarzen Löchern können drei Schichten unterschieden werden: der äußere und der innere Ereignishorizont und die Singularität.

Der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs ist die Grenze, an der das Licht keine Chance hat, zu entkommen. Sobald ein Teilchen diese Linie kreuzt, kann es nicht mehr gehen. Der innere Bereich, in dem sich die Masse des Schwarzen Lochs befindet, wird als Singularität bezeichnet.

Wenn wir vom Standpunkt der klassischen Mechanik sprechen, kann nichts ein Schwarzes Loch hinterlassen. Aber Quantum macht seine eigene Änderung. Der Punkt ist, dass jedes Partikel ein Antiteilchen hat. Sie haben die gleichen Massen, aber unterschiedliche Ladungen. Wenn sie sich schneiden, können sie sich gegenseitig vernichten.

Wenn ein solches Paar außerhalb des Ereignishorizonts entsteht, kann eines von ihnen eingezogen werden, und das andere stößt ab. Aus diesem Grund kann der Horizont schrumpfen und das Schwarze Loch zusammenbrechen. Wissenschaftler versuchen immer noch, diesen Mechanismus zu untersuchen.

Akkretion

Der Astrophysiker Sergey Popov über supermassereiche Schwarze Löcher, Planetenbildung und Akkretion von Materie im frühen Universum:

Die berühmtesten Schwarzen Löcher

Häufig gestellte Fragen zu Schwarzen Löchern

Wenn es größer ist, dann ist ein Schwarzes Loch ein bestimmter Bereich im Raum, in dem sich eine so große Menge an Masse konzentriert, dass kein Objekt dem Gravitationseinfluss entkommen kann. Wenn es um die Schwerkraft geht, stützen wir uns auf die von Albert Einstein vorgeschlagene allgemeine Relativitätstheorie. Um die Details des untersuchten Objekts zu verstehen, werden wir uns schrittweise bewegen.

Stellen wir uns vor, Sie befinden sich auf der Oberfläche eines Planeten und werfen einen Felsbrocken. Wenn Sie nicht die Kraft des Hulk haben, können Sie nicht genug Kraft ausüben. Dann steigt der Stein auf eine bestimmte Höhe, fällt aber unter dem Druck der Schwerkraft zurück. Wenn Sie das latente Potenzial eines grünen starken Mannes haben, können Sie dem Objekt eine ausreichende Beschleunigung geben, wodurch es die Zone des Gravitationseinflusses vollständig verlässt. Dies nennt man Fluchtgeschwindigkeit.

Wenn diese Geschwindigkeit in eine Formel zerlegt wird, hängt sie von der Planetenmasse ab. Je größer es ist, desto stärker ist die Gravitationserfassung. Die Abfahrtsgeschwindigkeit hängt genau davon ab, wo Sie sich befinden: Je näher am Zentrum, desto einfacher ist es, auszusteigen. Die Abfluggeschwindigkeit unseres Planeten beträgt 11,2 km / s, aber 2,4 km / s.

Wir nähern uns dem lustigen Teil. Angenommen, Sie haben ein Objekt mit einer unglaublichen Massenkonzentration an einem winzigen Ort gesammelt. In diesem Fall überschreitet die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit. Und wir wissen, dass sich nichts schneller bewegt als dieser Indikator, was bedeutet, dass niemand eine solche Kraft überwinden und entkommen kann. Selbst ein Lichtstrahl kann das nicht!

Bereits im 18. Jahrhundert dachte Laplace über die extreme Konzentration der Masse nach. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie konnte Karl Schwarzschild eine mathematische Lösung für eine Gleichung der Theorie finden, um ein ähnliches Objekt zu beschreiben. Oppenheimer, Wolkoff und Snyder (1930er Jahre) trugen weiter bei. Von diesem Moment an begannen die Leute, dieses Thema ernsthaft zu diskutieren. Es wurde klar: Wenn einem massiven Stern der Treibstoff ausgeht, kann er der Schwerkraft nicht standhalten und muss in ein Schwarzes Loch fallen.

In Einsteins Theorie ist die Schwerkraft eine Manifestation der Krümmung in Raum und Zeit. Tatsache ist, dass die üblichen geometrischen Regeln hier nicht funktionieren und massive Objekte die Raumzeit verzerren. Das Schwarze Loch hat bizarre Eigenschaften, so dass seine Verzerrung am deutlichsten sichtbar ist. Beispielsweise hat ein Objekt einen "Ereignishorizont". Dies ist die Oberfläche der Kugel, die die Linie des Lochs markiert. Das heißt, wenn Sie diese Grenze überschreiten, gibt es kein Zurück.

Dies ist buchstäblich der Ort, an dem die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Außerhalb dieses Ortes ist die Fluchtgeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit unterlegen. Wenn Ihre Rakete jedoch beschleunigen kann, ist genügend Energie vorhanden, um zu entkommen.

Der Horizont selbst ist in Bezug auf die Geometrie ziemlich seltsam. Wenn Sie weit weg sind, werden Sie das Gefühl haben, auf eine statische Oberfläche zu schauen. Aber wenn Sie näher kommen, werden Sie feststellen, dass es sich mit Lichtgeschwindigkeit nach außen bewegt! Jetzt ist klar, warum es leicht zu betreten, aber so schwer zu entkommen ist. Ja, das ist sehr verwirrend, denn der Horizont steht tatsächlich still, aber gleichzeitig rast er mit Lichtgeschwindigkeit. Es ist wie in der Situation mit Alice, die so schnell wie möglich rennen musste, um einfach sitzen zu bleiben.

Wenn Raum und Zeit auf den Horizont treffen, werden sie so stark verzerrt, dass die Koordinaten beginnen, die Rolle der radialen Entfernung und der Schaltzeit zu beschreiben. Das heißt, "r", das den Abstand vom Zentrum markiert, wird vorübergehend, und "t" ist jetzt für "Räumlichkeit" verantwortlich. Infolgedessen können Sie nicht aufhören, sich mit einem niedrigeren r-Index zu bewegen, so wie Sie in der normalen Zeit nicht in die Zukunft gelangen können. Sie werden zu einer Singularität kommen, bei der r \u003d 0. Sie können Raketen werfen, den Motor maximal starten, aber Sie können nicht entkommen.

Der Begriff "Schwarzes Loch" wurde von John Archibald Wheeler geprägt. Vorher wurden sie "gekühlte Sterne" genannt.

Der Physiker Emil Akhmedov über die Untersuchung von Schwarzen Löchern, Karl Schwarzschild und riesigen Schwarzen Löchern:

Es gibt zwei Möglichkeiten, um zu berechnen, wie groß etwas ist. Sie können die Masse oder die Fläche angeben. Wenn wir das erste Kriterium nehmen, gibt es keine spezifische Grenze für die Massivität eines Schwarzen Lochs. Jede Menge kann verwendet werden, solange Sie sie auf die erforderliche Dichte komprimieren können.

Die meisten dieser Formationen entstanden nach dem Tod massereicher Sterne, so dass man erwarten kann, dass ihr Gewicht gleich sein sollte. Die typische Masse für ein solches Loch sollte das 10-fache der Sonnenmasse betragen - 10 31 kg. Außerdem muss in jeder Galaxie ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch beheimatet sein, dessen Masse millionenfach größer ist als die der Sonne - 10 36 kg.

Je massiver das Objekt ist, desto mehr Masse bedeckt es. Der Horizontradius und die Masse sind direkt proportional, dh wenn ein Schwarzes Loch zehnmal so schwer ist wie ein anderes, ist sein Radius zehnmal größer. Der Radius eines Lochs mit Sonnenmasse beträgt 3 km, und wenn es millionenfach größer ist, dann 3 Millionen km. Sie scheinen unglaublich massive Dinge zu sein. Aber vergessen wir nicht, dass dies Standardkonzepte für die Astronomie sind. Der Sonnenradius erreicht 700.000 km und das Schwarze Loch hat viermal mehr.

Nehmen wir an, Sie haben Pech und Ihr Schiff bewegt sich unaufhaltsam auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zu. Es macht keinen Sinn zu kämpfen. Sie stellen einfach die Motoren ab und gehen dem Unvermeidlichen entgegen. Was zu erwarten ist

Beginnen wir mit der Schwerelosigkeit. Sie befinden sich im freien Fall, sodass die Besatzung, das Schiff und alle Details schwerelos sind. Je näher Sie der Mitte des Lochs kommen, desto stärker sind die Gezeiten-Gravitationskräfte zu spüren. Zum Beispiel sind Ihre Beine näher an der Mitte als Ihr Kopf. Dann fühlt es sich an, als würden Sie gedehnt. Infolgedessen werden Sie einfach auseinandergerissen.

Diese Kräfte sind unauffällig, bis Sie eine Entfernung von 600.000 km vom Zentrum erreichen. Dies ist nach dem Horizont. Aber wir sprechen von einem riesigen Objekt. Wenn Sie in ein Loch mit einer Sonnenmasse fallen, werden Sie von Gezeitenkräften 6.000 km vom Zentrum entfernt gefegt und auseinandergerissen, bevor Sie an den Horizont gelangen (weshalb wir Sie zu einem großen Loch schicken, damit Sie bereits innerhalb des Lochs sterben können und nicht unterwegs). ...

Was ist da drin? Ich hasse es zu enttäuschen, aber nichts Bemerkenswertes. Einige Objekte sind möglicherweise verzerrt und nichts anderes ist ungewöhnlich. Selbst nachdem Sie den Horizont überquert haben, werden Sie Dinge um sich herum sehen, wenn sie sich mit Ihnen bewegen.

Wie lange wird es dauern? Alles hängt von Ihrer Entfernung ab. Angenommen, Sie beginnen an einem Ruhepunkt, an dem die Singularität das 10-fache des Radius des Lochs beträgt. Es dauert nur 8 Minuten, um sich dem Horizont zu nähern, und dann weitere 7 Sekunden, um die Singularität zu betreten. Wenn Sie in ein kleines schwarzes Loch fallen, geschieht alles schneller.

Sobald Sie den Horizont überqueren, können Sie Raketen abschießen, schreien und weinen. Sie haben 7 Sekunden Zeit, bis Sie die Singularität erreicht haben. Aber nichts wird dich retten. Also genieße einfach die Fahrt.

Nehmen wir an, Sie sind zum Scheitern verurteilt und fallen in ein Loch, und Ihr Freund / Ihre Freundin schaut von weitem zu. Nun, er wird die Dinge anders sehen. Er wird bemerken, dass Sie näher am Horizont Ihr Tempo verlangsamen werden. Aber selbst wenn jemand hundert Jahre lang sitzt, wird er niemals darauf warten, dass Sie den Horizont erreichen.

Versuchen wir es zu erklären. Ein schwarzes Loch könnte aus einem zusammenbrechenden Stern hervorgegangen sein. Da das Material zusammenbricht, sieht Kirill (lass ihn dein Freund sein) seine Abnahme, aber er wird die Annäherung an den Horizont nie bemerken. Deshalb wurden sie "gefrorene Sterne" genannt, weil sie mit einem bestimmten Radius zu frieren scheinen.

Was ist los? Nennen wir dies eine optische Täuschung. Sie brauchen weder Unendlichkeit, um ein Loch zu bilden, noch muss es den Horizont überqueren. Wenn Sie sich nähern, dauert es länger, bis das Licht Kirill erreicht. Genauer gesagt wird die Echtzeitstrahlung Ihres Übergangs für immer am Horizont fixiert. Sie sind lange über die Linie getreten, und Kirill beobachtet immer noch das Lichtsignal.

Oder Sie können sich von der anderen Seite nähern. Die Zeit zieht sich in der Nähe des Horizonts länger hin. Zum Beispiel haben Sie ein supermächtiges Schiff. Sie haben es geschafft, sich dem Horizont zu nähern, ein paar Minuten dort zu bleiben und lebend nach Kirill zu gelangen. Wen wirst du sehen? Alter Mann! Immerhin verging für Sie die Zeit viel langsamer.

Was ist dann wahr? Illusion oder Zeitspiel? Es hängt alles vom Koordinatensystem ab, das bei der Beschreibung des Schwarzen Lochs verwendet wird. Wenn Sie sich auf die Schwarzschild-Koordinaten verlassen, wird beim Überqueren des Horizonts die Zeitkoordinate (t) mit unendlich gleichgesetzt. Die Indikatoren dieses Systems bieten jedoch eine verschwommene Ansicht dessen, was in der Nähe des Objekts selbst geschieht. An der Horizontlinie sind alle Koordinaten verzerrt (Singularität). Sie können jedoch beide Koordinatensysteme verwenden, sodass die beiden Antworten gültig sind.

In Wirklichkeit werden Sie einfach unsichtbar und Cyril wird aufhören, Sie zu sehen, noch bevor viel Zeit vergangen ist. Vergessen Sie nicht die Rotverschiebung. Sie emittieren das beobachtete Licht bei einer bestimmten Wellenlänge, Kirill jedoch bei einer längeren. Wellen verlängern sich, wenn sie sich dem Horizont nähern. Vergessen Sie auch nicht, dass in bestimmten Photonen Strahlung auftritt.

Zum Beispiel senden Sie im Moment des Übergangs das letzte Photon. Es wird Kirill zu einer bestimmten endlichen Zeit erreichen (ungefähr eine Stunde für ein supermassives Schwarzes Loch).

Natürlich nicht. Vergessen Sie nicht, dass es einen Ereignishorizont gibt. Nur aus diesem Bereich kann man nicht raus. Es reicht aus, sich ihr nicht zu nähern und sich ruhig zu fühlen. Darüber hinaus erscheint Ihnen dieses Objekt aus sicherer Entfernung sehr gewöhnlich.

Hawkings Informationsparadoxon

Der Physiker Emil Akhmedov über die Wirkung der Schwerkraft auf elektromagnetische Wellen, das Informationsparadoxon der Schwarzen Löcher und das Prinzip der Vorhersagbarkeit in der Wissenschaft:

Keine Panik, die Sonne wird sich niemals in ein solches Objekt verwandeln, weil sie einfach nicht genug Masse hat. Darüber hinaus wird es sein heutiges Erscheinungsbild für weitere 5 Milliarden Jahre beibehalten. Dann wird es auf die Bühne des roten Riesen übergehen, Merkur und Venus absorbieren und unseren Planeten gut rösten, und dann wird es ein gewöhnlicher weißer Zwerg.

Aber lassen Sie uns der Fantasie frönen. So wurde die Sonne ein schwarzes Loch. Zunächst sind wir sofort in Dunkelheit und Kälte gehüllt. Die Erde und andere Planeten werden nicht in das Loch gesaugt. Sie werden das neue Objekt weiterhin in ihren normalen Umlaufbahnen umkreisen. Warum? Weil der Horizont nur 3 km erreichen wird und die Schwerkraft nichts mit uns anfangen kann.

Ja. Natürlich können wir uns nicht auf sichtbare Beobachtung verlassen, da das Licht nicht entweicht. Es gibt jedoch Indizien. Beispielsweise sehen Sie einen Bereich, in dem sich möglicherweise ein Schwarzes Loch befindet. Wie kann ich das überprüfen? Beginnen Sie mit der Messung der Masse. Wenn Sie sehen, dass sich in einem Bereich zu viel davon befindet oder unsichtbar erscheint, sind Sie auf dem richtigen Weg. Es gibt zwei Suchpunkte: das galaktische Zentrum und Binärdateien mit Röntgenstrahlen.

So wurden in 8 Galaxien massive zentrale Objekte gefunden, deren Kernmasse zwischen einer Million und einer Milliarde Sonnenenergie liegt. Die Masse wird berechnet, indem die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne und des Gases um das Zentrum beobachtet wird. Je schneller, desto mehr Masse muss vorhanden sein, um sie im Orbit zu halten.

Diese massiven Objekte werden aus zwei Gründen als Schwarze Löcher betrachtet. Nun, es gibt einfach keine Optionen mehr. Es gibt nichts Massiveres, Dunkleres und Kompakteres. Darüber hinaus gibt es eine Theorie, dass alle aktiven und großen Galaxien ein solches Monster im Zentrum haben. Dies ist jedoch kein 100% iger Beweis.

Die letzten beiden Ergebnisse sprechen jedoch für die Theorie. In der Nähe der nächsten aktiven Galaxie wurde in der Nähe des Kerns ein „Wassermaser“ -System (eine starke Quelle für Mikrowellenstrahlung) festgestellt. Mit einem Interferometer zeigten die Wissenschaftler die Verteilung der Gasgeschwindigkeiten. Das heißt, sie haben die Geschwindigkeit innerhalb eines halben Lichtjahres im galaktischen Zentrum gemessen. Dies half ihnen zu verstehen, dass sich im Inneren ein massives Objekt befindet, dessen Radius ein halbes Lichtjahr erreicht.

Der zweite Fund ist noch überzeugender. Forscher, die Röntgenstrahlen verwendeten, stießen auf die Spektrallinie des galaktischen Kerns, was auf das Vorhandensein nahegelegener Atome hinweist, deren Geschwindigkeit unglaublich hoch ist (1/3 Licht). Außerdem entsprach die Strahlung der Rotverschiebung, die dem Horizont des Schwarzen Lochs entspricht.

Eine weitere Klasse befindet sich in der Milchstraße. Dies sind stellare Schwarze Löcher, die sich nach einer Supernova-Explosion bilden. Wenn sie getrennt existierten, hätten wir sie selbst in der Nähe kaum bemerkt. Aber wir haben Glück, denn die meisten existieren in binären Systemen. Sie sind leicht zu finden, da das Schwarze Loch die Masse seines Nachbarn zieht und sie durch die Schwerkraft beeinflusst. Das „herausgerissene“ Material bildet eine Akkretionsscheibe, in der sich alles erwärmt, was bedeutet, dass es starke Strahlung erzeugt.

Angenommen, Sie haben ein Binärsystem gefunden. Wie kann man verstehen, dass ein kompaktes Objekt ein Schwarzes Loch ist? Sich wieder der Masse zuwenden. Messen Sie dazu die Umlaufgeschwindigkeit eines nahe gelegenen Sterns. Wenn die Masse bei einer so kleinen Größe unglaublich groß ist, gibt es keine Optionen mehr.

Dies ist ein komplexer Mechanismus. Stephen Hawking hat bereits in den 1970er Jahren ein ähnliches Thema angesprochen. Er sagte, dass schwarze Löcher nicht wirklich "schwarz" sind. Es gibt quantenmechanische Effekte, die dazu führen, dass Strahlung erzeugt wird. Allmählich beginnt das Loch zu schrumpfen. Die Strahlungsgeschwindigkeit nimmt mit abnehmender Masse zu, so dass das Loch immer mehr emittiert und den Kompressionsprozess beschleunigt, bis es sich auflöst.

Dies ist jedoch nur ein theoretisches Schema, da niemand sicher sagen kann, was in der letzten Phase passiert. Einige Leute denken, dass ein kleiner, aber stabiler Fußabdruck bleibt. Moderne Theorien haben noch nichts Besseres gefunden. Aber der Prozess selbst ist unglaublich und kompliziert. Man muss die Parameter in einer gekrümmten Raumzeit berechnen, und die Ergebnisse selbst können unter den üblichen Bedingungen nicht verifiziert werden.

Hier können Sie das Energieerhaltungsgesetz anwenden, jedoch nur für kurze Zeit. Das Universum kann Energie und Masse von Grund auf neu erzeugen, aber nur sie müssen schnell verschwinden. Eine der Manifestationen sind Vakuumschwankungen. Partikel- und Antiteilchenpaare wachsen aus dem Nichts, existieren für eine kurze Zeit und sterben in gegenseitiger Zerstörung. Wenn sie erscheinen, ist die Energiebilanz gestört, aber nach dem Verschwinden wird alles wiederhergestellt. Es scheint fantastisch, aber dieser Mechanismus wurde experimentell bestätigt.

Nehmen wir an, eine der Vakuumschwankungen wirkt in der Nähe des Horizonts eines Schwarzen Lochs. Vielleicht fällt eines der Partikel nach innen, während das andere entweicht. Die entkommene Frau nimmt einen Teil der Energie des Lochs mit und kann in die Augen des Betrachters gelangen. Es wird ihm scheinen, dass das dunkle Objekt gerade ein Teilchen freigesetzt hat. Aber der Prozess wiederholt sich und wir sehen einen kontinuierlichen Strahlungsstrom vom Schwarzen Loch.

Wir haben bereits gesagt, dass Cyril glaubt, dass man Unendlichkeit braucht, um über den Horizont zu treten. Zusätzlich wurde erwähnt, dass Schwarze Löcher nach einem endlichen Zeitintervall verdampfen. Das heißt, wenn Sie den Horizont erreichen, wird das Loch verschwinden?

Nein. Als wir Kirills Beobachtungen beschrieben haben, haben wir nicht über den Verdunstungsprozess gesprochen. Aber wenn dieser Prozess vorhanden ist, ändert sich alles. Ihr Freund wird Sie genau im Moment der Verdunstung über den Horizont fliegen sehen. Warum?

Eine optische Täuschung dominiert Cyril. Das emittierte Licht im Ereignishorizont braucht lange, um einen Freund zu erreichen. Wenn das Loch ewig dauert, kann das Licht unendlich lange anhalten, und Kirill wird nicht auf den Übergang warten. Aber wenn das Loch verdunstet ist, wird nichts das Licht aufhalten und es wird den Kerl im Moment der Explosion der Strahlung erreichen. Aber es interessiert dich nicht mehr, weil du vor langer Zeit in der Singularität gestorben bist.

In den Formeln der allgemeinen Relativitätstheorie gibt es ein interessantes Merkmal - die Symmetrie in der Zeit. In jeder Gleichung können Sie sich beispielsweise vorstellen, dass die Zeit rückwärts fließt und Sie eine andere, aber immer noch korrekte Lösung erhalten. Wenn Sie dieses Prinzip auf Schwarze Löcher anwenden, entsteht ein Weißes Loch.

Ein Schwarzes Loch ist ein bestimmter Bereich, aus dem nichts herauskommen kann. Aber die zweite Option ist ein weißes Loch, in das nichts fallen kann. Tatsächlich stößt sie alles ab. Aus mathematischer Sicht sieht zwar alles glatt aus, aber dies beweist nicht ihre Existenz in der Natur. Höchstwahrscheinlich sind sie nicht da und bieten auch eine Möglichkeit, dies herauszufinden.

Bis zu diesem Punkt haben wir über die Klassiker der Schwarzen Löcher gesprochen. Sie drehen sich nicht und haben keine elektrische Ladung. Im umgekehrten Fall beginnt das Interessanteste. Zum Beispiel können Sie hineingehen, aber die Singularität vermeiden. Darüber hinaus können seine "Innenseiten" das Weiße Loch berühren. Das heißt, Sie befinden sich in einer Art Tunnel, in dem das Schwarze Loch der Eingang und das Weiße der Ausgang ist. Diese Kombination wird als Wurmloch bezeichnet.

Interessanterweise kann ein weißes Loch überall sein, sogar in einem anderen Universum. Wenn wir wissen, wie man mit solchen Wurmlöchern umgeht, sorgen wir für einen schnellen Transport in jeden Bereich des Weltraums. Und noch cooler ist die Fähigkeit, in der Zeit zu reisen.

Aber packen Sie Ihren Rucksack erst ein, wenn Sie ein paar Dinge wissen. Leider besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es keine solchen Formationen gibt. Wir haben bereits gesagt, dass weiße Löcher eine Ableitung von mathematischen Formeln sind, kein reales und bestätigtes Objekt. Und alle beobachteten Schwarzen Löcher erzeugen den Fall der Materie und bilden keine Wurmlöcher. Und die letzte Station ist die Singularität.

Aber auch einem echten Wurmloch mangelt es an Stabilität. Eine geringfügige Störung (z. B. Ihre Reise) kann zum Zusammenbruch führen. Glaubst du mir nicht? Was ist dann mit Sicherheit? Ein stabiles Wurmloch bietet Ihnen kein komfortables Reisen. Die darin enthaltene Strahlung (Relikt, Stern usw.) ist bei hohen Frequenzen synchron. Das Betreten eines solchen Ortes ist eine freiwillige Zustimmung zum Braten.

Beobachtungsmanifestationen von Schwarzen Löchern und Wurmlöchern

Der Astrophysiker Alexander Shatsky über die Fourier-Transformation, das Radioastron-Interferometer und Objekte mit nicht trivialer Topologie: