Черные дыры (ЧД) являются, пожалуй, самыми таинственными и загадочными астрономическими объектами в нашей Галактике. Они тревожат воображение писателей-фантастов и привлекают внимание ученых с момента своего открытия. Черные дыры – это звезды, что погасли, которые обладают настолько высокой плотностью и мощной гравитацией в силу своих физических особенностей, что даже свет не может вырваться за их границы.
Английский священник Д. Мичел, в далеком 1783 году выдвинул гипотезу о наличии черных дыр, намного раньше их фактического открытия. Он рассчитал, что если сжать наше Солнце до размера с радиусом в три километра, то сформируется такая огромная гравитационная сила у образовавшегося вещества, что даже у света не получится прорваться наружу. Вот так появилось название «черная дыра», но на самом деле она не черная, а просто не испускает света, а значит наиболее оптимальным термином, было бы «темная дыра».
Статья: Проблема изучения черных дыр
Позднее Альберт Эйнштейн в 1918 году в контексте теории относительности поднимал вопросы черных дыр. Но лишь стараниями американского астрофизика Джона Уиллера в 1967 году понятие черных дыр завоевало место в ученых кругах.
Альберт Эйнштейн, Д. Мичел и Джон Уиллер в своих трудах могли только предположить теоретическое наличие этих таинственных небесных объектов в космосе. Настоящее открытие черных дыр произошло в 1971 году, когда их впервые заметили в телескоп.
Подходы к изучению черных дыр
Черные дыры – довольно своеобразные объекты, поскольку их трудно исследовать и наблюдать.
Существуют два абсолютно различных подхода к их познанию:
- путь физиков теоретиков. Они на теоретическом уровне исследуют различные любопытные эффекты. Моделируют возможные ситуации;
- путь астрофизиков, пытающихся их разглядеть.
О чёрной дыре нельзя сказать, что это предмет, ведь нельзя по ней постучать или пройтись. Это определенная зона пространства, которая имеет границу, но не обладает поверхностью.
С точки зрения астрофизиков черная дыра - это мегаобъект, который выражает себя как черная дыра, но утверждать это они не могут.
В соответствии с этим, для нас черная дыра - объект, что имеет определенные наблюдательные проявления. Малогабаритный предмет, обладающий определенным размером горизонта, но при этом признаки поверхности не должны проявляться. У теоретиков получилось придумать модель, у которой большая внутренняя проблема объекта, она имеет шансы обладать размерами порядка горизонта, но твердую поверхность они также имеют. Но чёрная дыра поверхностью не обладает и недра недосягаемы для исследований. В идеале, никаких внутренних процессов за видимой границей не должно быть видно. Ничего не должно выходить наружу к наблюдающему.
Поиски черных дыр
Общая теория относительности в своих расчетах показывает лишь возможность существования черных, но никак не может доказать их наличие. Открытие черных дыр было бы значимым шагом в развитии физики. Найти изолированную чёрную дыру в космическом пространстве невероятно сложно, необходимо увидеть небольшой темный объект на поле галактической черноты. Но есть возможность обнаружения черной дыры по её взаимодействию и влиянию на окружающие астрономические тела.
Астрономы, учитывая важные свойства ЧД, такие как компактность, массивность и невидимость, сформировали стратегию их обнаружения. Легче всего заметить ЧД по её гравитационной связи с близ находящимися объектами, например, звездой. После запуска рентгеновских телескопов на орбиту, обнаружилось, что в тесных двойных системах ЧД проявляют себя более активно. Они отнимают вещество у соседней звезды при поглощении, нагревают температуру в миллионы раз и на краткое время делают его источником рентгеновского излучения.
Так как ЧД в паре с обычной звездой в двойной системе вращается вокруг единого центра массы, и с помощью эффекта Доплера по скорости звезды можно установить массу ее невидимого партнера. Астрономы уже обнаружили десятки двойных систем, где масса невидимого объекта превышает три массы Солнца и видны отличительные проявления вещества (очень быстрое колебания ярких потоков горячего газа).
Другое направление обнаружения черных дыр - исследование ядер галактик. В них уплотняются и скапливаются колоссальные массы субстанций, сливаются и сталкиваются звезды, все это создает вероятность возникновения черных дыр, превосходящих Солнце в миллиарды раз. Притягивающиеся окружающие звезды, создают пик яркости в центре галактики. А звезды, что близко подлетают к ЧД, разрушаются, при этом образующееся вещество формирует аккреционный диск вокруг дыры и частично выкидывается по оси диска в виде стремительных потоков частиц. Этот процесс реально наблюдается в ядрах некоторых галактик, что подтверждает наличие там черных дыр с массой превышающих массу Солнца в миллиарды раз. Сравнительно недавно исследователи обнаружили убедительные доказательства, что и в центре нашей Галактики тоже находится черная дыра, чья масса в два с половиной миллиарда раза больше Солнца. Хотя это все тоже только теории.
Ученые предполагают, что все самые огромные выделения энергии в космосе связаны с участием ЧД. Источниками активности в ядрах молодых массивных галактик считаются именно черные дыры. Их появление связано с самыми сильными взрывами, полагают астрофизики, которые проявляются как гамма-всплески.
Исследователи постоянно задаются вопросом, что же там внутри черной дыры, как это можно узнать и зачем нам это нужно? Никакое сообщение не сможет выйти за границы черной дыры, чтобы дать возможный ответ. Если найдется смельчак, который решится отправиться в опасное путешествие, он не сумеет вернуться и поведать нам тайны, скрытые от нас. Что бы ни находилось в сердце черной дыры, это никак не способно вырваться наружу и повлиять на Галактику. Но людское любопытство не устроит такой ответ. Ученые ищут новые пути и варианты для возможности изучения и открытия черных дыр. Законы физики помогают им прояснять ситуацию.
Заключение
Характеристики черных дыр настолько разнообразны, что в будущем развитии физики, новых технологий и техники они сыграют огромную роль. Трудно представить себе что-то более сложное, чем черная дыра, ведь как должно произойти искривление пространства и времени, чтобы сформировался объект, который не подчиняется никаким законам физики. Изучение физики черных дыр позволит углубить наши знания о базовых свойствах времени и пространства. Черные дыры находятся на огромных расстояниях от нас, следовательно, нет стопроцентной уверенности во всех исследованиях и наблюдениях за ними.
Насколько достоверны предположения о некоторых свойствах этих необыкновенных объектов, нам только предстоит выяснить в будущем. Подводя итог, можно сказать, что ЧД обладает тремя свойствами: вращательным импульсом, зарядом, массой. Обнаружить их можно по огромному гравитационному излучению, по воздействию с окружающими объектами или рентгеновскому излучению падающего тела.
