Чёрные дыры

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Средняя общеобразовательная школа № 137 с углублённым изучением отдельных предметов» Кировского района

Презентация

по астрономии

Чёрные дыры

Выполнила

ученица 10 «А» класса:

Ликанова Алексия Алексеевна

Руководитель:

Захватова Людмила Юрьевна

г. Казань

2021

Что такое чёрная дыра?

чёрный дыра гравитационный космический

Чёрная дыра -- область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света; массивные космические объекты. Увидеть их почти невозможно, поскольку они не отражают свет, даже наоборот, поглощают его в прямом смысле слова. Их сила притяжения настолько велика, что даже лучи света не могут устоять, и они попадают под влияние дыры. Поэтому, вокруг неё "изображение" космоса нам кажется расплывчатым и искажённым.

Чёрные дыры не чёрные шары, какими мы привыкли видеть их. Они прозрачные, но оставляют чёрную тень. Это даже не дыра, а шарообразный поглотитель всего, что попадает под влияние его гравитации.

Как возникают чёрные дыры?

Звёзды, превышающие массу и размеры нашего Солнца во много раз, в конце своей жизни взрываются и образуют либо нейтронную звезду, либо начинают сильно сжиматься, словно "падая" внутрь себя, стремительно уменьшая свои размеры при неизменной массе. Плотность материи в сжимаемой точке становится очень высокой, соответственно гравитация сильно увеличивается. Когда размер звёзды становится на столько мал и плотность настолько высока в одном месте, звезда "проваливается" внутрь себя, в результате чего появляется чёрная дыра.

Чёрная дыра, скажем, массой с одно наше Солнце будет по размеру меньше, чем наше светило.

Однако, такие маленькие звёзды как наше Солнце (а по вселенским размерам оно очень маленькое) не превратятся в конце жизненного цикла в чёрную дыру - их масса недостаточна даже для взрыва и образования сверхновой. Взрыв, конечно, будет, однако на финальном этапе маленькие звёзды превращаются в белых карликов - в очень маленькие и горячие звёздочки, которые тоже вскоре затухнут…

Где находятся чёрные дыры?

Чаще всего чёрные дыры расположены в центре галактик. Они имеют очень большую силу притяжения, благодаря чему им удаётся удерживать звёздные системы на очень большом расстоянии, образуя галактики, известные нам сейчас.

В центре нашего Млечного Пути тоже есть сверхмассивная чёрная дыра под названием Стрелец А*. Она тяжелее Солнца в 4.02 млн раза, а радиус её ? 45 астрономическим единицам (одна астрономическая единица = одному расстоянию от Земли до Солнца). Стрелец А* - не единственный представитель чёрных дыр в центре. Отлетев на 22,5 световых лет от него есть возможность наткнуться на объект массой 32 тысячи солнечных масс размером с Юпитер, предположительно, это тоже чёрная дыра. В 200 световых лет от Стрельца А* живёт чёрная дыра массой более 100 000 масс Солнца. Стрельцу А* принадлежат ещё и такие названия: Sagittarius A*, Sgr A*.

Помимо сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактики, есть и "локальные", образующиеся после кончины массивных звёзд, о которых говорилось ранее.

Строение черной дыры

Чёрную дыру делят на следующие составляющие:

1. Фотонная сфера - это сферическая поверхность нулевой толщины, на которой движущиеся вдоль касательной к поверхности фотоны будут захвачены на круговые орбиты. Если проходящий фотон пересекает фотонную сферу, его захватит черная дыра. Однако, движение по поверхности нестабильно, и в результате возмущений фотон может покинуть фотонную сферу.

2. Горизонт событий является неотъемлемой частью черной дыры. По сути, горизонт событий - это граница, под которой пространство-время искривляется настолько, что все пути частиц направлены вниз, к сингулярности. При приближении объекта к горизонту событий сторонний наблюдатель будет видеть его замедление с практически полной остановкой и исчезновением. Это происходит из-за разницы течения времени у наблюдателя и объекта, падающего в черную дыру. У наблюдателя время бежит быстрее. У объекта же все процессы замедляются, испускаемые фотоны перестают вырываться наружу, из-за чего свет тускнеет, становясь более красным и тусклым, и через некоторое время весь испускаемый объектом свет будет поглощен черной дырой. Объект исчезнет из поля зрения наблюдателя.

3. Сингулярность - точка пространства с бесконечной массой, плотностью и гравитацией. Тяжело представить себе это, но в данном случае вся масса черной дыры сосредоточена в нулевом объеме! Впервые на сингулярность указал Роджер Пенроуз в своих расчетах в рамках ОТО.

Из сказанного выше можно увидеть, что черная дыра - довольно странный объект. Изучить его или хотя бы полностью теоретически объяснить, мы пока не в состоянии. После горизонта событий классическая ОТО работать перестаёт, в дело вступают гравитационные силы на квантовом уровне. А цельной квантовой теории гравитации у нас пока нет, есть только частные теории. Но будем надеяться, что это только пока!

Виды чёрных дыр

1. Чёрные дыры звездных масс - это черные дыры, образованные в результате коллапса достаточно массивной звезды. Как правило, масса такой звезды должна составлять в среднем 5 солнечных масс. Со временем такая чёрная дыра может набрать массу за счет поглощения вещества.

2. Среднемассивные чёрные дыры. Предполагается, что такие дыры образуются исключительно путем слияния многих черных дыр звездных масс. Масса таких чёрных дыр может достигать нескольких тысяч солнечных масс. Есть и нижний предел - 200 солнечных масс. В нашей Галактике среднемассивная чёрная дыра с массой порядка 1300 солнечных масс предполагается находящейся на расстоянии 3 световых лет от Стрельца А*, внутри кластера из семи массивных звёзд.

3. Сверхмассивные чёрные дыры. Огромные чёрные дыры с массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Как правило, такие дыры находятся в центрах практически всех галактик, имеют аккреционный диск и релятивистские струи, называемые джетами.

Аккреционный диск появляется у чёрной дыры в результате поглощения ею окружающего вещества или же звезды. В случае с космическим веществом, в процессе вращения частицы нагреваются от трения, выделяя свет и тепло, поэтому диск становится видимым. Если же дыра высасывает неудачно оказавшуюся рядом звезду, то диск образовывается самим звездным веществом. Радиус диска может достигать нескольких десятков астрономических единиц.

4. Джеты - высокоэнергетические пучки плазмы, исходящие из центра сверхмассивной черной дыры. Иногда аккреционный диск черной дыры настолько ярок, что речь ведется уже о квазарах - наиболее ярких объектах во Вселенной.

5. Первичные чёрные дыры. В настоящее время они носят статус гипотезы. Существуют сценарии инфляционной модели Вселенной, предсказывающие их генерацию на ранних стадиях эволюции Вселенной. Если в этот период существовали достаточной величины отклонения от однородности гравитационного поля и плотности материи, то из них путём коллапса могли образовываться чёрные дыры. При этом их масса не ограничена снизу, как при звёздном коллапсе -- их масса, вероятно, могла бы быть достаточно малой. Различные модели ранней Вселенной заметно различаются в своих предсказаниях величины первичных неоднородностей. Как следствие, массы предполагаемых первичных чёрных дыр колеблются от планковской массы до сотен тысяч солнечных масс. Обнаружение первичных чёрных дыр представляет особенный интерес в связи с возможностями изучения явления испарения чёрных дыр (излучение Хокинга).

История

В истории представлений о чёрных дырах условно можно выделить три периода:

1. Начало первого периода связано с опубликованной в 1784 году работой Джона Мичелла, в которой был изложен расчёт массы для недоступного наблюдению объекта.

2. Второй период связан с развитием общей теории относительности, стационарное решение уравнений которой было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. В этот же период появилось само название чёрная дыра. Точный изобретатель термина неизвестен, но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» (англ. Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года. Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars).

3. Публикация в 1975 году работы Стивена Хокинга, в которой он предложил идею об излучении чёрных дыр, начинает третий период. Граница между вторым и третьим периодами довольно условна, поскольку не сразу стали ясны все следствия открытия Хокинга, изучение которых продолжается до сих пор.

Что будет, если попасть в чёрную дыру?

Давайте представим, что будет чувствовать и видеть человек, если попадёт в чёрную дыру.

Вот решил человек познать, что находится внутри чёрной дыры. Полетел он прямиком к, скажем... Стрельцу А*. Вот летит он летит, а до чёрной дыры - рукой подать. В прямом смысле. Вышел он из своего космолёта и полетел в чёрную бездну.

При пересечении горизонта событий наш человек не почувствует ничего странного: ни покалывания, ни боли, не услышит какой-нибудь свист или не унюхает новый для него горьковато-сладкий запах. Никаких признаков пересечения горизонта событий не будет... На первый взгляд.

Обернувшись назад, наш человек сможет увидеть всю историю нашей вселенной, от рождения, до её гибели.

С каждым мгновением человек будет ускоряться, приближаясь к сингулярности. Чем ближе он будет подлетать к сингулярности, тем хуже будут обстоять дела космонавта: приливные силы начнут становиться неоднородными, из-за чего любое тело начнёт сжиматься и вытягиваться. Такое явление в науке называется спагеттификация. Грубо говоря, человека расплющат в длинную тонкую макаронину. Далее тело начнёт делить на субатомные частицы, оно фактически исчезнет, распавшись на ничто.

Список литературы

https://zen.yandex.ru/media/redenz/chto-takoe-chernaia-dyra-obiasniaiu-prostym-iazykom-5e09c866e3062c00b17f52a1.

https://www.yaplakal.com/forum2/topic1306877.html.

Размещено на Allbest.ru