Врсте црних рупа
Постоје четири типа црних рупа на основу њихове масе: звездане, средње,
Црне рупе звездане масе су мале, али смртоносне
Млечни пут садржи око сто милиона црнацарупе које су настале као резултат колапса врло масивних звезда. Свака од ових звезданих црних рупа тежи је око 10 пута више од нашег Сунца. Веома мали број ових црних рупа налази се у непосредној близини обичне звезде која се полако прелива у црну рупу. Када овај гас падне према црној рупи, загрева се снажном гравитацијом и трењем. У близини црне рупе, гас достиже типичну температуру од 10 милиона степени Целзијуса. Ове рендгенске изворе из црних рупа лако је уочити широм Млечног пута, као и у оближњим галаксијама, користећи орбиталне рендгенске опсерваторије.
Значајно је да било која црна рупа у потпуностије описан са само два броја која одређују његову масу и брзину ротације. Не знамо ништа једноставније од елементарне честице као што је електрон. Научници на ЦФА измерили су оба ова основна параметра - масу и спин - за преко десетак звезданих црних рупа, проучавајући све аспекте ових црних рупа и њихових система.
Упркос својој свеприсутности у универзуму,црне рупе остају крајње мистериозни предмети. Потребна нам је теорија квантне гравитације која ће комбиновати Ајнштајнову теорију релативности из 1916. године са теоријом квантне механике из 1926. године. Таква теорија не постоји, упркос вишедеценијским теоријским напорима физичара који проучавају теорију струна и других. Стварање теорије квантне гравитације постаће круна физике заједно са достигнућима Њутна, Ајнштајна и других дивова.
Црна рупа средње масе (ИМБХ) - заглављена у средини
Између класа црних рупа звездане величинеА&нбсп;супермасиван мора да постоји још један&нбсп;средњи. У сваком случају, по законима логике. Зар не би требало да постоје црне рупе средње величине које праве разлику између црних рупа звездане масе и супермасивних црних рупа? Ове космичке просечне масе, које могу да се крећу од око 100 до 1 милион соларних маса - иако тачан опсег варира у зависности од тога кога питате - називају се рупе црних рупа средње масе, ИМБХ). И иако су астрономи пронашли неколико убедљивих кандидата за ИМБХ раштрканих широм Универзума, питање да ли они заиста постоје још увек је нерешено. Међутим, докази почињу да се гомилају.
Иако коначан доказ о постојањуИМБХ је и даље неухватљив, а низ студија током последњих неколико деценија открива интригантне доказе који наговештавају постојање ових не баш великих, не баш малих црних рупа.
Илустрација младе црне рупе, попут два далека квазара без прашине које је недавно открио свемирски телескоп Спитзер. (Слика љубазношћу НАСА / ЈПЛ-Цалтецх)
На пример, 2003. истраживачи су користилиЕСА-ина КСММ-Њутнова свемирска опсерваторија да би идентификовала два снажна, различита извора Кс-зрака у оближњој галаксији звезданих рафала НГЦ 1313. Будући да црне рупе теже насилно прождиру материјал који долази превише близу и избија високо. -енергетско зрачење, они су међу најјачим познатим изворима рендгенског зрачења. Идентификујући изворе рендгенских зрака у НГЦ 1313 и проучавајући како се они периодично распламсавају, истраживачи су 2015. године успели да ограниче масу једне од наводних црних рупа галаксије познате као НГЦ 1313 Кс-1. Процењују да је ово око 5000 пута већа маса Сунца, дај или узми, што га поуздано ставља у опсег маса црне рупе средње масе.
Слично, истраживачи су открили 2009још јачи доказ за постојање црне рупе средње величине. Смештен на отприлике 290 милиона светлосних година од ивице галаксије ЕСО 243-49, тим је приметио невероватно светао извор рендгенских зрака назван ХЛКС-1 (Хипер-Луминоус Кс-раи соурце 1), који нема оптички пандан. Ово сугерише да посматрани објекат није само звезда или галаксија. Поред тога, истраживачи су открили да се рендгенски потпис ХЛКС-1 мења током времена, што сугерише да црна рупа постаје светлија сваки пут када јој се оближња звезда приближи, напајајући гас и изазивајући кратке рафале рендгенских зрака који затим полако нестају. далеко. На основу осветљености уочених бакљи, истраживачи су израчунали да је минимална маса црне рупе око 500 пута већа од масе Сунца, иако су неке процене њену тежину приближиле 20.000 соларних маса.
Тренутно су гравитациони детектори таласаЛИГО и Девица удружили су се како би открили 20 звезданих масних црних рупа које се спајају формирајући црне рупе са масама од 20 до 80 соларних маса. Иако ЛИГО-Вирго није детектовао ниједну БиХ (више од 100 соларних маса), истраживачи су оптимистични у погледу њиховог откривања у будућности.
Планцк црна рупа (микро црна рупа)
Планцкова црна рупа је хипотетичка црна рупа са најмањом могућом масом, која је једнака Планцковој маси.
Густина материје такве црне рупе јеоко 1094 кг/м³ и вероватно је највећа могућа густина масе. Физика у таквим размерама мора бити описана теоријама квантне гравитације које још нису развијене. Такав објекат је идентичан хипотетичкој елементарној честици са (вероватно) максималном могућом масом — максимоном.
Планцк црне рупе карактеришу изузетномали пресек интеракције. Мали попречни пресек за интеракцију неутралних максимона са материјом доводи до чињенице да би се значајан (или чак главни) део материје у Универзуму у овом тренутку могао састојати од максимона, без довођења у контрадикцију са запажањима. Конкретно, максимони би могли да играју улогу невидљиве материје (тамне материје), чије је постојање тренутно препознато у космологији.
Супермасивне црне рупе - рођење џинова
Мале црне рупе насељавају свемир, али њиховдоминирају рођаци, супермасивне црне рупе. Те огромне црне рупе су милионима или чак милијардама пута масивније од Сунца, али пречника приближно исте величине. Верује се да се такве црне рупе могу наћи у центру готово сваке галаксије, укључујући и Млечни пут.
Научници нису сигурни колико су толикиЦрне рупе. Једном када се ови џинови формирају, они сакупљају масу прашине и гаса око себе, материјала у изобиљу у центру галаксија, омогућавајући им да нарасту до још већих величина.
Резултат би могле бити супермасивне црне рупеспајања стотина или хиљада сићушних црних рупа. Велики облаци гаса такође могу бити одговорни за њихов колапс и брзо повећање масе. Или је то колапс звезданог јата, групе звезда које падају заједно. Супермасивне црне рупе могу настати из великих накупина тамне материје. Ово је супстанца коју можемо посматрати кроз њен гравитациони ефекат на друге објекте; међутим, не знамо од чега је направљена тамна материја јер не емитује светлост и не може се директно посматрати.
Нова класа црних рупа - "супер-супермасивне" или огромне црне рупе
Дакле, као што већ знамо, наш Универзум садржиогромне црне рупе. Супермасивна црна рупа у центру наше галаксије има масу од 4 милиона Сунца, али је прилично мала, попут галактичких црних рупа. Многе галактичке црне рупе имају масу од милијарду соларних маса, а маса најмасовније црне рупе која се познаје процењује се на око 70 милијарди сунца. Али колико велика може бити црна рупа?
Да би црна рупа била заиста масивнаона мора да упије велику количину супстанце на почетку свог живота. Ако полако троши материју, тада ће околна галаксија доћи на своје место и свемир ће се проширити, тако да црна рупа не може да ухвати много више материје. Али када црна рупа брзо захвати велику количину материје, материја постаје веома врућа и тежи да одбије другу материју, што отежава раст црне рупе.
На основу запажања највећих црнацарупе и рачунарске симулације формирања црних рупа, верује се да је горња граница масе галактичких црних рупа око 100 милијарди соларних маса. Али ново истраживање сугерише да би ограничење масе могло бити много веће.
Рад научника примећује да, иакогалактичке црне рупе вероватно имају ограничење соларне масе од стотина милијарди; веће црне рупе су се могле створити независно у раним фазама свемира. Ове исконске црне рупе могу бити више од милион пута веће од масе највећих галактичких црних рупа. Истраживачки тим их назива невероватно великим црним рупама или СЛАБ-овима (невероватно велике црне рупе).
Идеја о исконским црним рупама постоји већ дуже време.Они су предложени као решење за све, од тамне материје до зашто још увек нисмо открили хипотетичку девету планету у нашем Сунчевом систему. Али теоретски модели сугеришу да би исконске црне рупе биле много мање од чак и звезданих масних црних рупа насталих од малених флуктуација густине у раном универзуму. Али ово ново истраживање сугерише да би тамна материја и други фактори могли да изазову колосални раст код неких од њих.
Ако је рани свемир био богат мракомматерије, посебно облика тамне материје познат као слабо интерактивне масивне честице (ВИМП), тада би исконска црна рупа могла трошити тамну материју да би брзо расла. Будући да тамна материја не делује снажно са светлошћу, заробљена тамна материја неће емитовати пуно светлости или топлоте да би успорила брзину раста. Као резултат, ове црне рупе могле су бити огромне и пре него што се свемир охладио и галаксије су настале. Горња граница масе за СЛАБ зависиће од тога како ВИМП тамна материја делује са собом, па ако откријемо било који СЛАБ, то би нам могло помоћи да разумемо тамну материју.
Како човечанство може да користи црне рупе?
Теорија релативности то предвиђаротирајуће црне рупе могу се користити као извори енергије. 1969. Рогер Пенросе је описао поступак за то. Око ротирајућих црних рупа постоји ергосфера - регион који претходи хоризонту догађаја. Сва тела у ергосфери се окрећу са црном рупом.
Пенроузов процес (који се назива и механизамПенросе) теоретски посматра црне рупе као средство за извлачење енергије. До таквог извлачења може доћи ако се енергија ротације црне рупе не налази унутар хоризонта догађаја, већ споља - у области Керовог простор-времена. У овој ергосфери, свака честица се нужно креће у локомотивном режиму истовремено са ротирајућим простор-време, тј. сви предмети унутра су однесени њиме. У овом случају, комад материје који улази у ергосферу се дели на два дела. На пример, материја се може састојати од два дела која су одвојена испаљивањем експлозива или пројектила који гура њене половине. Замах два комада материје док се раздвајају може се распоредити тако да један комад побегне из црне рупе (он „бежи у бесконачност“), а други падне изван хоризонта догађаја у црну рупу. Пажљивим постављањем, излазни део материје може имати већу мас-енергију од првобитног, док његов падајући део добија негативну мас-енергију. Иако је замах задржан, ефекат је да се из овог процеса може извући више енергије него што је првобитно планирано. Штавише, разлику пружа сама црна рупа. Процес тако резултира благим смањењем угаоног момента црне рупе, што одговара преносу енергије на материју. Изгубљени импулс се, пак, претвара у извучену енергију.&нбсп;
Пенросеов процес указује на могућностдобијање енергије из црне рупе, али то није добра практична метода. За његову примену неопходно је да две новорођене честице имају брзину већу од половине брзине светлости. Очекивана учесталост таквих догађаја је толико ретка да неће дозволити добијање значајне количине енергије.
Стога научници активно траже друге механизме.На пример, Стивен Хокинг је показао да црне рупе могу ослобађати енергију топлотним зрачењем. Други начин за извлачење енергије је Бланфорд-Знаеков процес, заснован на електромагнетној интеракцији.
Луца Цомиссо са Универзитета Цолумбиа и Фелипе А. Асењо са Универзитета Адолфо Ибанез у свом чланку описују још једну алтернативу Пенросе процесу.
Црне рупе окружене су врућом плазмом, честицамакоји имају магнетно поље. Основа новог механизма за добијање енергије из ротирајућих црних рупа је поновно повезивање линија магнетног поља унутар ергосфере. У овом случају, црна рупа треба да буде у спољном магнетном пољу, да има велики спин (а ~ 1) и околну плазму са јаком магнетизацијом. На пример, црне рупе настале као резултат дугих и кратких избијања гама зрака и супермасивне црне рупе у активним галактичким језгрима поседују потребна својства.
Магнетно поновно повезивање убрзава део плазме управац ротације рупе. Други део убрзава у супротном смеру и пада изван хоризонта догађаја. Ослобађање енергије, као у Пенросеовом механизму, догађа се ако апсорбована плазма има негативну енергију, а убрзана „побегне“ из ергосфере. Разлика је у томе што формирање честица са негативном енергијом захтева расипање енергије магнетног поља. У процесу који је описао Пенросе, само инерција честица игра улогу.
Како научници кажу, ефикасност описаног процеса је 150проценат. То значи да вам процес омогућава да добијете један и по пут више енергије него што је потребно да потрошите на његову примену. Постизање ефикасности веће од 100 процената је могуће, јер честице плазме ослобођене из ергосфере односе енергију црне рупе. Откриће новог механизма за издвајање енергије из црних рупа омогућиће астрономима да боље процене свој ротациони замах и разумеју како зраче енергију. Откриће је још увек далеко од практичне примене: потребно је схватити како одлетети до црне рупе и сместити нешто у њену ергосферу, а да не падне изван хоризонта догађаја.
Опширније
Сатурнов месец Титан је изузетно сличан Земљи. Какве планове човечанство има за то?
Велики број сивих китова почиње да гладује и умире на Тихом океану
Трећина оних који су се опоравили од ЦОВИД-19 враћа се у болницу. Сваки осми - умире
Теорија струна заснива се на хипотези да свиелементарне честице и њихове основне интеракције настају као резултат вибрација и интеракција ултрамикроскопских квантних низова на скалама реда Планцкове дужине 10−35 м