Η υπόθεση της ύπαρξης μαύρων οπών προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Άγγλο αστρονόμο J. Michell το 1783 με βάση τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός και τη Νευτώνεια θεωρία της βαρύτητας. Εκείνη την εποχή, η κυματική θεωρία του Huygens και η περίφημη κυματική αρχή του απλώς ξεχάστηκαν. Η κυματική θεωρία δεν βοηθήθηκε από την υποστήριξη ορισμένων αξιοσέβαστων επιστημόνων, ιδίως των διάσημων ακαδημαϊκών της Αγίας Πετρούπολης M.V. Lomonosov και L. Euler. Η λογική του συλλογισμού που οδήγησε τον Michell στην ιδέα της μαύρης τρύπας είναι πολύ απλή: εάν το φως αποτελείται από σωματίδια-σωμάτια του φωτεινού αιθέρα, τότε αυτά τα σωματίδια, όπως και άλλα σώματα, πρέπει να βιώσουν έλξη από το βαρυτικό πεδίο. Κατά συνέπεια, όσο πιο μαζικό είναι το αστέρι (ή ο πλανήτης), τόσο μεγαλύτερη είναι η έλξη από την πλευρά του προς τα σωματίδια και τόσο πιο δύσκολο είναι για το φως να φύγει από την επιφάνεια ενός τέτοιου σώματος.
Περαιτέρω λογική υποδηλώνει ότι τέτοια τεράστια αστέρια μπορούν να υπάρχουν στη φύση, την έλξη των οποίων τα σωματίδια δεν μπορούν πλέον να υπερνικήσουν και θα φαίνονται πάντα μαύρα σε έναν εξωτερικό παρατηρητή, αν και τα ίδια μπορούν να λάμπουν με μια εκθαμβωτική λάμψη, όπως ο Ήλιος. Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι η δεύτερη κοσμική ταχύτητα στην επιφάνεια ενός τέτοιου άστρου δεν πρέπει να είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Οι υπολογισμοί του Michell δείχνουν ότι το φως δεν θα φύγει ποτέ από ένα αστέρι εάν η ακτίνα του στη μέση ηλιακή πυκνότητα είναι 500 ηλιακή. Ένα τέτοιο αστέρι μπορεί ήδη να ονομαστεί μαύρη τρύπα.
Μετά από 13 χρόνια, ο Γάλλος μαθηματικός και αστρονόμος P.S. Ο Laplace εξέφρασε, πιθανότατα, ανεξάρτητα από τον Michell, μια παρόμοια υπόθεση για την ύπαρξη τέτοιων εξωτικών αντικειμένων. Χρησιμοποιώντας μια δυσκίνητη μέθοδο υπολογισμού, ο Laplace βρήκε την ακτίνα μιας σφαίρας για μια δεδομένη πυκνότητα, στην επιφάνεια της οποίας η παραβολική ταχύτητα είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με τον Laplace, τα σωματίδια φωτός, που είναι βαρυτικά σωματίδια, θα πρέπει να καθυστερούν από τεράστια αστέρια που εκπέμπουν φως, τα οποία έχουν πυκνότητα ίση με την πυκνότητα της Γης και ακτίνα 250 φορές μεγαλύτερη από την ηλιακή.
Αυτή η θεωρία του Laplace συμπεριλήφθηκε μόνο στις δύο πρώτες εκδόσεις του διάσημου βιβλίου του "Exposition of the System of the World", που δημοσιεύτηκε το 1796 και το 1799. Ναι, ίσως ακόμη και ο Αυστριακός αστρονόμος F.K. von Zach ενδιαφέρθηκε για τη θεωρία του Laplace, δημοσιεύοντάς την το 1798 με τον τίτλο «Απόδειξη του θεωρήματος ότι η δύναμη έλξης ενός βαριού σώματος μπορεί να είναι τόσο μεγάλη ώστε το φως να μην μπορεί να ρέει έξω από αυτό».
Σε αυτό το σημείο, η ιστορία της μελέτης των μαύρων τρυπών σταμάτησε για περισσότερα από 100 χρόνια. Φαίνεται ότι ο ίδιος ο Laplace εγκατέλειψε αθόρυβα μια τέτοια εξωφρενική υπόθεση, αφού την απέκλεισε από όλες τις άλλες εκδόσεις του βιβλίου του, που κυκλοφόρησαν το 1808, το 1813 και το 1824. Ίσως ο Laplace δεν ήθελε να επαναλάβει τη σχεδόν φανταστική υπόθεση των κολοσσιαίων αστεριών που δεν εκπέμπουν πια φως. Ίσως τον σταμάτησαν νέα αστρονομικά δεδομένα σχετικά με το αμετάβλητο του μεγέθους της εκτροπής του φωτός σε διαφορετικά αστέρια, τα οποία έρχονται σε αντίθεση με ορισμένα από τα συμπεράσματα της θεωρίας του, βάσει των οποίων στήριξε τους υπολογισμούς του. Αλλά ο πιο πιθανός λόγος για τον οποίο όλοι ξέχασαν τα μυστηριώδη υποθετικά αντικείμενα του Michell-Laplace είναι ο θρίαμβος της κυματικής θεωρίας του φωτός, η θριαμβευτική πομπή της οποίας ξεκίνησε από τα πρώτα χρόνια του 19ου αιώνα.
Η αρχή αυτού του θριάμβου τέθηκε από τη διάλεξη Booker του Άγγλου φυσικού T. Jung "The Theory of Light and Color", που δημοσιεύτηκε το 1801, όπου ο Jung θαρραλέα, σε αντίθεση με τον Newton και άλλους διάσημους υποστηρικτές της σωματιδιακής θεωρίας (συμπεριλαμβανομένου του Laplace) , περιέγραψε την ουσία της κυματικής θεωρίας του φωτός, λέγοντας ότι το εκπεμπόμενο φως αποτελείται από κυματοειδείς κινήσεις του φωτεινού αιθέρα. Εμπνευσμένος από την ανακάλυψη της πόλωσης του φωτός, ο Laplace άρχισε να «σώζει» τα σωματίδια κατασκευάζοντας μια θεωρία διπλής διάθλασης του φωτός στους κρυστάλλους βασισμένη στη διπλή δράση των κρυσταλλικών μορίων στα σωμάτια του φωτός. Αλλά τα επόμενα έργα των φυσικών O.Zh. Fresnel, F.D. Ο Aragon, ο J. Fraunhofer και άλλοι δεν άφησαν κανένα λιθαράκι από τη σωματιδιακή θεωρία, η οποία θυμήθηκε σοβαρά μόλις έναν αιώνα αργότερα, μετά την ανακάλυψη των κβάντων. Όλος ο συλλογισμός για τις μαύρες τρύπες στο πλαίσιο της κυματικής θεωρίας του φωτός εκείνη την εποχή φαινόταν γελοίος.
Οι μαύρες τρύπες δεν θυμήθηκαν αμέσως μετά την «αποκατάσταση» της σωματιδιακής θεωρίας του φωτός, όταν άρχισαν να μιλούν γι' αυτήν σε ένα νέο ποιοτικό επίπεδο χάρη στην υπόθεση των κβαντών (1900) και των φωτονίων (1905). Οι μαύρες τρύπες ανακαλύφθηκαν ξανά για δεύτερη φορά μόνο μετά τη δημιουργία του GR το 1916, όταν ο Γερμανός θεωρητικός φυσικός και αστρονόμος K. Schwarzschild, λίγους μήνες μετά τη δημοσίευση των εξισώσεων του Αϊνστάιν, τις χρησιμοποίησε για να διερευνήσει τη δομή του καμπύλου χωροχρόνου στο η γειτονιά του Ήλιου. Ως αποτέλεσμα, ανακάλυψε ξανά το φαινόμενο των μαύρων τρυπών, αλλά σε βαθύτερο επίπεδο.
Η τελική θεωρητική ανακάλυψη των μαύρων οπών έγινε το 1939, όταν ο Oppenheimer και ο Snyder πραγματοποίησαν την πρώτη ρητή λύση των εξισώσεων του Einstein στην περιγραφή του σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας από ένα σύννεφο σκόνης που καταρρέει. Ο ίδιος ο όρος «μαύρη τρύπα» εισήχθη για πρώτη φορά στην επιστήμη από τον Αμερικανό φυσικό J. Wheeler το 1968, στα χρόνια της ταχείας αναβίωσης του ενδιαφέροντος για τη γενική σχετικότητα, την κοσμολογία και την αστροφυσική, που προκλήθηκε από τα επιτεύγματα της εξωατμοσφαιρικής (ιδιαίτερα , ακτίνες Χ) αστρονομία, η ανακάλυψη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων, πάλσαρ και κβάζαρ.
Οι μαύρες τρύπες - ίσως τα πιο μυστηριώδη και αινιγματικά αστρονομικά αντικείμενα στο Σύμπαν μας, έχουν προσελκύσει την προσοχή των ειδικών και εξάπτουν τη φαντασία των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας από την ανακάλυψή τους. Τι είναι οι μαύρες τρύπες και πώς μοιάζουν; Οι μαύρες τρύπες είναι σβησμένα αστέρια, λόγω των φυσικών τους χαρακτηριστικών, που έχουν τόσο υψηλή πυκνότητα και τόσο ισχυρή βαρύτητα που ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτές.
Η ιστορία της ανακάλυψης των μαύρων τρυπών
Για πρώτη φορά, η θεωρητική ύπαρξη των μαύρων οπών, πολύ πριν από την πραγματική τους ανακάλυψη, προτάθηκε από κάποιον D. Michel (ένας Άγγλος ιερέας από το Γιορκσάιρ, που αγαπά την αστρονομία στον ελεύθερο χρόνο του) το 1783. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, αν πάρουμε το δικό μας και το συμπιέσουμε (με σύγχρονους υπολογιστικούς όρους, το αρχειοθετήσουμε) σε μια ακτίνα 3 km, σχηματίζεται μια τόσο μεγάλη (απλώς τεράστια) βαρυτική δύναμη που ούτε το φως δεν μπορεί να το αφήσει. Έτσι εμφανίστηκε η έννοια της «μαύρης τρύπας», αν και στην πραγματικότητα δεν είναι καθόλου μαύρη, κατά τη γνώμη μας, ο όρος «σκοτεινή τρύπα» θα ήταν πιο κατάλληλος, γιατί ακριβώς συμβαίνει η απουσία φωτός.
Αργότερα, το 1918, ο μεγάλος επιστήμονας Άλμπερτ Αϊνστάιν έγραψε για το θέμα των μαύρων τρυπών στο πλαίσιο. Αλλά μόνο το 1967, μέσω των προσπαθειών του Αμερικανού αστροφυσικού John Wheeler, η έννοια των μαύρων τρυπών κέρδισε τελικά μια θέση στους ακαδημαϊκούς κύκλους.
Όπως και να έχει, τόσο ο D. Michel όσο και ο Albert Einstein και ο John Wheeler στα έργα τους υπέθεσαν μόνο τη θεωρητική ύπαρξη αυτών των μυστηριωδών ουράνιων αντικειμένων στο διάστημα, ωστόσο, η αληθινή ανακάλυψη των μαύρων οπών έγινε το 1971. τότε που πρωτοπαρατηρήθηκαν στο διάστημα.τηλεσκόπιο.
Έτσι μοιάζει μια μαύρη τρύπα.
Πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες στο διάστημα;
Όπως γνωρίζουμε από την αστροφυσική, όλα τα αστέρια (συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου μας) έχουν κάποια περιορισμένη ποσότητα καυσίμου. Και παρόλο που η ζωή ενός αστεριού μπορεί να διαρκέσει δισεκατομμύρια χρόνια, αργά ή γρήγορα αυτή η υπό όρους παροχή καυσίμου τελειώνει και το αστέρι «σβήνει». Η διαδικασία «εξαφάνισης» ενός άστρου συνοδεύεται από έντονες αντιδράσεις, κατά τις οποίες το αστέρι υφίσταται σημαντική μεταμόρφωση και, ανάλογα με το μέγεθός του, μπορεί να μετατραπεί σε λευκό νάνο, αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα. Επιπλέον, τα μεγαλύτερα αστέρια, που έχουν απίστευτα εντυπωσιακές διαστάσεις, συνήθως μετατρέπονται σε μαύρη τρύπα - λόγω της συμπίεσης αυτών των πιο απίστευτων μεγεθών, η μάζα και η βαρυτική δύναμη της νεοσχηματισμένης μαύρης τρύπας πολλαπλασιάζονται, η οποία μετατρέπεται σε ένα είδος γαλαξιακού κενού καθαριστικό - απορροφά τα πάντα και τα πάντα γύρω του.
Μια μαύρη τρύπα καταπίνει ένα αστέρι.
Μια μικρή σημείωση - ο Ήλιος μας, σύμφωνα με τα γαλαξιακά πρότυπα, δεν είναι καθόλου μεγάλο αστέρι και μετά το ξεθώριασμα, που θα συμβεί σε μερικά δισεκατομμύρια περίπου χρόνια, πιθανότατα δεν θα μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.
Αλλά ας είμαστε ειλικρινείς μαζί σας - σήμερα, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη όλες τις περιπλοκές του σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας, αναμφίβολα, αυτή είναι μια εξαιρετικά περίπλοκη αστροφυσική διαδικασία, η οποία μπορεί να διαρκέσει εκατομμύρια χρόνια. Αν και είναι δυνατόν να προχωρήσουμε προς αυτή την κατεύθυνση, η ανίχνευση και η μετέπειτα μελέτη των λεγόμενων ενδιάμεσων μαύρων οπών, δηλαδή των αστεριών που βρίσκονται σε κατάσταση εξαφάνισης, στα οποία λαμβάνει χώρα η ενεργός διαδικασία σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας. . Παρεμπιπτόντως, ένα παρόμοιο αστέρι ανακαλύφθηκε από αστρονόμους το 2014 στον βραχίονα ενός σπειροειδούς γαλαξία.
Πόσες μαύρες τρύπες υπάρχουν στο σύμπαν
Σύμφωνα με τις θεωρίες των σύγχρονων επιστημόνων, μπορεί να υπάρχουν έως και εκατοντάδες εκατομμύρια μαύρες τρύπες στον Γαλαξία μας. Δεν μπορεί να υπάρχουν λιγότεροι από αυτούς στον γαλαξία δίπλα μας, στον οποίο δεν υπάρχει τίποτα να πετάξει από τον Γαλαξία μας - 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός.
Θεωρία των μαύρων τρυπών
Παρά την τεράστια μάζα (που είναι εκατοντάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου μας) και την απίστευτη δύναμη της βαρύτητας, δεν ήταν εύκολο να δούμε τις μαύρες τρύπες μέσω ενός τηλεσκοπίου, γιατί δεν εκπέμπουν καθόλου φως. Οι επιστήμονες κατάφεραν να παρατηρήσουν μια μαύρη τρύπα μόνο τη στιγμή του "γεύματος" της - την απορρόφηση ενός άλλου άστρου, αυτή τη στιγμή εμφανίζεται μια χαρακτηριστική ακτινοβολία, η οποία μπορεί ήδη να παρατηρηθεί. Έτσι, η θεωρία της μαύρης τρύπας έχει βρει πραγματική επιβεβαίωση.
Ιδιότητες μαύρων τρυπών
Η κύρια ιδιότητα μιας μαύρης τρύπας είναι τα απίστευτα βαρυτικά πεδία της, τα οποία δεν επιτρέπουν στον περιβάλλοντα χώρο και χρόνο να παραμείνει στη συνηθισμένη τους κατάσταση. Ναι, καλά ακούσατε, ο χρόνος μέσα σε μια μαύρη τρύπα κυλάει πολλές φορές πιο αργά από το συνηθισμένο, και αν ήσασταν εκεί, επιστρέφοντας πίσω (αν ήσασταν τόσο τυχεροί, φυσικά) θα εκπλαγείτε αν παρατηρούσατε ότι έχουν περάσει αιώνες στη Γη, και δεν θα γεράσεις καν να έχεις χρόνο. Αν και ας είμαστε ειλικρινείς, αν βρισκόσασταν μέσα σε μια μαύρη τρύπα, δύσκολα θα είχατε επιζήσει, αφού η βαρυτική δύναμη εκεί είναι τέτοια που οποιοδήποτε υλικό αντικείμενο απλώς θα σχιζόταν, ούτε καν σε μέρη, σε άτομα.
Αλλά αν ήσασταν ακόμη και κοντά σε μια μαύρη τρύπα, εντός του εύρους του βαρυτικού της πεδίου, τότε θα δυσκολευόσασταν επίσης, γιατί όσο περισσότερο αντιστεκόσασταν στη βαρύτητά της, προσπαθώντας να πετάξετε μακριά, τόσο πιο γρήγορα θα πέφτατε μέσα της. Ο λόγος για αυτό το φαινομενικά παράδοξο είναι το πεδίο βαρυτικής δίνης, το οποίο διαθέτουν όλες οι μαύρες τρύπες.
Τι γίνεται αν ένα άτομο πέσει σε μια μαύρη τρύπα
Εξάτμιση μαύρων τρυπών
Ο Άγγλος αστρονόμος S. Hawking ανακάλυψε ένα ενδιαφέρον γεγονός: οι μαύρες τρύπες, όπως αποδεικνύεται, εκπέμπουν επίσης. Είναι αλήθεια ότι αυτό ισχύει μόνο για τρύπες σχετικά μικρής μάζας. Η ισχυρή βαρύτητα γύρω τους δημιουργεί ζεύγη σωματιδίων και αντισωματιδίων, το ένα από τα δύο έλκεται προς τα μέσα από την τρύπα και το δεύτερο εκτοξεύεται προς τα έξω. Έτσι, μια μαύρη τρύπα εκπέμπει σκληρά αντισωματίδια και ακτίνες γάμμα. Αυτή η εξάτμιση ή ακτινοβολία από μια μαύρη τρύπα πήρε το όνομά της από τον επιστήμονα που την ανακάλυψε - «ακτινοβολία Χόκινγκ».
Η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα
Σύμφωνα με τη θεωρία των μαύρων τρυπών, στο κέντρο σχεδόν όλων των γαλαξιών υπάρχουν τεράστιες μαύρες τρύπες με μάζες από αρκετά εκατομμύρια έως αρκετά δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες. Και σχετικά πρόσφατα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν τις δύο μεγαλύτερες μαύρες τρύπες που είναι γνωστές μέχρι σήμερα, αυτές βρίσκονται σε δύο κοντινούς γαλαξίες: NGC 3842 και NGC 4849.
Ο NGC 3842 είναι ο φωτεινότερος γαλαξίας στον αστερισμό του Λέοντα, που βρίσκεται σε απόσταση 320 εκατομμυρίων ετών φωτός από εμάς. Στο κέντρο της υπάρχει μια τεράστια μαύρη τρύπα με μάζα 9,7 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών.
Ο NGC 4849 είναι ένας γαλαξίας στο σμήνος Κόμα, 335 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, με μια εξίσου εντυπωσιακή μαύρη τρύπα.
Οι ζώνες δράσης του βαρυτικού πεδίου αυτών των γιγάντιων μαύρων οπών, ή με ακαδημαϊκούς όρους, ο ορίζοντας γεγονότων τους, είναι περίπου 5 φορές η απόσταση από τον Ήλιο έως! Μια τέτοια μαύρη τρύπα θα έτρωγε το ηλιακό μας σύστημα και δεν θα έπνιγε καν.
Η μικρότερη μαύρη τρύπα
Υπάρχουν όμως πολύ μικροί εκπρόσωποι στην τεράστια οικογένεια των μαύρων τρυπών. Έτσι, η πιο νάνος μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε από τους επιστήμονες αυτή τη στιγμή στη μάζα της είναι μόλις 3 φορές η μάζα του Ήλιου μας. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι το θεωρητικό ελάχιστο απαραίτητο για το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας, αν αυτό το αστέρι ήταν λίγο μικρότερο, η τρύπα δεν θα είχε σχηματιστεί.
Οι μαύρες τρύπες είναι κανίβαλοι
Ναι, υπάρχει ένα τέτοιο φαινόμενο, όπως γράψαμε παραπάνω, οι μαύρες τρύπες είναι ένα είδος «γαλαξιακών ηλεκτρικών σκουπών» που απορροφούν τα πάντα γύρω τους, συμπεριλαμβανομένων και των... άλλων μαύρων τρυπών. Πρόσφατα, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι μια μαύρη τρύπα από έναν γαλαξία τρώγεται από έναν άλλο μεγάλο μαύρο λαίμαργο από έναν άλλο γαλαξία.
- Σύμφωνα με τις υποθέσεις ορισμένων επιστημόνων, οι μαύρες τρύπες δεν είναι μόνο γαλαξιακές ηλεκτρικές σκούπες που απορροφούν τα πάντα μέσα τους, αλλά υπό ορισμένες συνθήκες μπορούν οι ίδιες να δημιουργήσουν νέα σύμπαντα.
- Οι μαύρες τρύπες μπορούν να εξατμιστούν με την πάροδο του χρόνου. Γράψαμε παραπάνω ότι ανακαλύφθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Stephen Hawking ότι οι μαύρες τρύπες έχουν την ιδιότητα της ακτινοβολίας και μετά από πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, όταν δεν υπάρχει τίποτα να απορροφήσει γύρω, η μαύρη τρύπα θα αρχίσει να εξατμίζεται περισσότερο, μέχρι τελικά παραδίδει όλη τη μάζα του στον περιβάλλοντα χώρο. Αν και αυτό είναι μόνο μια υπόθεση, μια υπόθεση.
- Οι μαύρες τρύπες επιβραδύνουν τον χρόνο και λυγίζουν τον χώρο. Έχουμε ήδη γράψει για τη διαστολή του χρόνου, αλλά ο χώρος στις συνθήκες μιας μαύρης τρύπας θα είναι εντελώς καμπύλος.
- Οι μαύρες τρύπες περιορίζουν τον αριθμό των αστεριών στο σύμπαν. Δηλαδή, τα βαρυτικά τους πεδία εμποδίζουν την ψύξη των νεφών αερίου στο διάστημα, από τα οποία, όπως γνωρίζετε, γεννιούνται νέα αστέρια.
Μαύρες τρύπες στο Discovery Channel, βίντεο
Και εν κατακλείδι, σας προσφέρουμε ένα ενδιαφέρον επιστημονικό ντοκιμαντέρ για τις μαύρες τρύπες από το κανάλι Discovery.
Όταν έγραφα το άρθρο, προσπάθησα να το κάνω όσο το δυνατόν πιο ενδιαφέρον, χρήσιμο και ποιοτικό. Θα ήμουν ευγνώμων για οποιαδήποτε σχόλια και εποικοδομητική κριτική με τη μορφή σχολίων για το άρθρο. Μπορείτε επίσης να γράψετε την επιθυμία / ερώτηση / πρότασή σας στο mail μου [email προστατευμένο]ή στο Facebook, με σεβασμό στον συγγραφέα.
Μαύρες τρύπες, σκοτεινή ύλη, σκοτεινή ύλη... Αυτά είναι αναμφίβολα τα πιο περίεργα και μυστηριώδη αντικείμενα στο διάστημα. Οι παράξενες ιδιότητές τους μπορούν να αψηφήσουν τους νόμους της φυσικής στο σύμπαν και ακόμη και τη φύση της υπάρχουσας πραγματικότητας. Για να καταλάβουν τι είναι οι μαύρες τρύπες, οι επιστήμονες προσφέρουν να «αλλάξουν ορόσημα», να μάθουν να σκέφτονται έξω από το κουτί και να εφαρμόζουν λίγη φαντασία. Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται από τους πυρήνες των υπερμεγάλων αστεριών, που μπορούν να περιγραφούν ως μια περιοχή του διαστήματος όπου μια τεράστια μάζα συγκεντρώνεται στο κενό και τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική έλξη εκεί. Αυτή είναι η περιοχή όπου η δεύτερη διαστημική ταχύτητα υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός: Και όσο πιο μαζικό είναι το αντικείμενο κίνησης, τόσο πιο γρήγορα πρέπει να κινηθεί για να απαλλαγεί από τη βαρύτητα του. Αυτή είναι γνωστή ως η δεύτερη ταχύτητα διαφυγής.
Η Εγκυκλοπαίδεια Collier αποκαλεί μια μαύρη τρύπα μια περιοχή στο διάστημα που έχει προκύψει ως αποτέλεσμα μιας πλήρους βαρυτικής κατάρρευσης της ύλης, στην οποία η βαρυτική έλξη είναι τόσο ισχυρή που ούτε ύλη, ούτε φως, ούτε άλλοι φορείς πληροφοριών μπορούν να την εγκαταλείψουν. Επομένως, το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας δεν σχετίζεται αιτιακά με το υπόλοιπο σύμπαν. Οι φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα σε μια μαύρη τρύπα δεν μπορούν να επηρεάσουν τις διαδικασίες έξω από αυτήν. Μια μαύρη τρύπα περιβάλλεται από μια επιφάνεια με την ιδιότητα μιας μονόδρομης μεμβράνης: η ύλη και η ακτινοβολία πέφτουν ελεύθερα μέσα από αυτήν στη μαύρη τρύπα, αλλά τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτήν. Αυτή η επιφάνεια ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων».
Ιστορικό ανακάλυψης
Οι μαύρες τρύπες, που προβλέφθηκαν από τη γενική θεωρία της σχετικότητας (η θεωρία της βαρύτητας που προτάθηκε από τον Αϊνστάιν το 1915) και άλλες πιο σύγχρονες θεωρίες της βαρύτητας, τεκμηριώθηκαν μαθηματικά από τους R. Oppenheimer και H. Snyder το 1939. Αλλά οι ιδιότητες του χώρου και του χρόνου κοντά σε αυτά τα αντικείμενα αποδείχθηκε τόσο ασυνήθιστο, που οι αστρονόμοι και οι φυσικοί δεν τα πήραν στα σοβαρά για 25 χρόνια. Ωστόσο, οι αστρονομικές ανακαλύψεις στα μέσα της δεκαετίας του 1960 μας ανάγκασαν να δούμε τις μαύρες τρύπες ως μια πιθανή φυσική πραγματικότητα. Νέες ανακαλύψεις και μελέτες μπορούν να αλλάξουν θεμελιωδώς την κατανόησή μας για τον χώρο και τον χρόνο, ρίχνοντας φως σε δισεκατομμύρια κοσμικά μυστήρια.
Σχηματισμός μαύρων τρυπών
Ενώ οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του άστρου, διατηρούν υψηλή θερμοκρασία και πίεση, εμποδίζοντας το αστέρι να καταρρεύσει υπό την επίδραση της δικής του βαρύτητας. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, το πυρηνικό καύσιμο εξαντλείται και το αστέρι αρχίζει να συρρικνώνεται. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι αν η μάζα ενός άστρου δεν υπερβαίνει τις τρεις ηλιακές μάζες, τότε θα κερδίσει τη «μάχη με τη βαρύτητα»: η βαρυτική του κατάρρευση θα σταματήσει από την πίεση της «εκφυλισμένης» ύλης και το αστέρι θα μετατραπεί για πάντα σε λευκός νάνος ή αστέρι νετρονίων. Αλλά αν η μάζα ενός άστρου είναι μεγαλύτερη από τρεις ηλιακές, τότε τίποτα δεν μπορεί να σταματήσει την καταστροφική του κατάρρευση και γρήγορα θα περάσει κάτω από τον ορίζοντα γεγονότων, μετατρέποντας σε μαύρη τρύπα.
Είναι μια μαύρη τρύπα μια τρύπα ντόνατ;
Οτιδήποτε δεν εκπέμπει φως είναι δύσκολο να το δεις. Ένας τρόπος για να αναζητήσετε μια μαύρη τρύπα είναι να αναζητήσετε περιοχές στο διάστημα που έχουν μεγάλη μάζα και βρίσκονται σε σκοτεινό διάστημα. Όταν ψάχνουν για αυτούς τους τύπους αντικειμένων, οι αστρονόμοι τα βρήκαν σε δύο βασικούς τομείς: στα κέντρα των γαλαξιών και στα δυαδικά συστήματα αστεριών στον Γαλαξία μας. Συνολικά, όπως προτείνουν οι επιστήμονες, υπάρχουν δεκάδες εκατομμύρια τέτοια αντικείμενα.
Η έννοια της μαύρης τρύπας είναι γνωστή σε όλους - από μαθητές μέχρι ηλικιωμένους, χρησιμοποιείται στη λογοτεχνία επιστημονικής και φαντασίας, στα κίτρινα μέσα ενημέρωσης και σε επιστημονικά συνέδρια. Αλλά δεν γνωρίζουν όλοι τι ακριβώς είναι αυτές οι τρύπες.
Από την ιστορία των μαύρων τρυπών
1783Η πρώτη υπόθεση για την ύπαρξη ενός τέτοιου φαινομένου όπως μια μαύρη τρύπα διατυπώθηκε το 1783 από τον Άγγλο επιστήμονα John Michell. Στη θεωρία του, συνδύασε δύο δημιουργίες του Νεύτωνα - οπτική και μηχανική. Η ιδέα του Michell ήταν η εξής: εάν το φως είναι ένα ρεύμα από μικροσκοπικά σωματίδια, τότε, όπως όλα τα άλλα σώματα, τα σωματίδια θα πρέπει να βιώσουν την έλξη ενός βαρυτικού πεδίου. Αποδεικνύεται ότι όσο πιο μαζικό είναι το αστέρι, τόσο πιο δύσκολο είναι για το φως να αντισταθεί στην έλξη του. 13 χρόνια μετά τον Μισέλ, ο Γάλλος αστρονόμος και μαθηματικός Laplace πρότεινε (πιθανότατα ανεξάρτητα από τον Βρετανό ομόλογό του) μια παρόμοια θεωρία.
1915Ωστόσο, όλα τα έργα τους έμειναν στα αζήτητα μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα. Το 1915, ο Albert Einstein δημοσίευσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και έδειξε ότι η βαρύτητα είναι μια καμπυλότητα του χωροχρόνου που προκαλείται από την ύλη, και λίγους μήνες αργότερα, ο Γερμανός αστρονόμος και θεωρητικός φυσικός Karl Schwarzschild τη χρησιμοποίησε για να λύσει ένα συγκεκριμένο αστρονομικό πρόβλημα. Ερεύνησε τη δομή του καμπυλωμένου χωροχρόνου γύρω από τον Ήλιο και ανακάλυψε ξανά το φαινόμενο των μαύρων οπών.
(Ο John Wheeler επινόησε τον όρο «μαύρες τρύπες»)
1967Ο Αμερικανός φυσικός John Wheeler περιέγραψε ένα χώρο που μπορεί να τσαλακωθεί, σαν ένα κομμάτι χαρτί, σε ένα απειροελάχιστο σημείο και όρισε τον όρο «Μαύρη Τρύπα».
1974Ο Βρετανός φυσικός Stephen Hawking απέδειξε ότι οι μαύρες τρύπες, αν και καταπίνουν ύλη χωρίς επιστροφή, μπορούν να εκπέμπουν ακτινοβολία και τελικά να εξατμιστούν. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «ακτινοβολία Χόκινγκ».
2013Η τελευταία έρευνα για τα πάλσαρ και τα κβάζαρ, καθώς και η ανακάλυψη της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου, κατέστησαν επιτέλους δυνατή την περιγραφή της ίδιας της έννοιας των μαύρων τρυπών. Το 2013, το νέφος αερίου G2 έφτασε πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα και είναι πιθανό να απορροφηθεί από αυτήν, η παρατήρηση της μοναδικής διαδικασίας παρέχει μεγάλες ευκαιρίες για νέες ανακαλύψεις των χαρακτηριστικών των μαύρων τρυπών.
(Ογκώδες αντικείμενο Τοξότης A *, η μάζα του είναι 4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, πράγμα που συνεπάγεται ένα σμήνος αστεριών και το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας)
2017. Μια ομάδα επιστημόνων από τη συνεργασία πολλών χωρών του Event Horizon Telescope, που συνδέει οκτώ τηλεσκόπια από διαφορετικά σημεία των ηπείρων της Γης, πραγματοποίησε παρατηρήσεις μιας μαύρης τρύπας, η οποία είναι ένα υπερμεγέθη αντικείμενο και βρίσκεται στον γαλαξία M87, τον αστερισμό της Παρθένου. Η μάζα του αντικειμένου είναι 6,5 δισεκατομμύρια (!) ηλιακές μάζες, γιγαντιαίες φορές μεγαλύτερη από το τεράστιο αντικείμενο Τοξότης A *, για σύγκριση, η διάμετρος είναι ελαφρώς μικρότερη από την απόσταση από τον Ήλιο στον Πλούτωνα.
Οι παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε διάφορα στάδια, ξεκινώντας από την άνοιξη του 2017 και κατά τις περιόδους του 2018. Η ποσότητα των πληροφοριών υπολογίστηκε σε petabyte, τα οποία στη συνέχεια έπρεπε να αποκρυπτογραφηθούν και να ληφθεί μια γνήσια εικόνα ενός εξαιρετικά απομακρυσμένου αντικειμένου. Ως εκ τούτου, χρειάστηκαν άλλα δύο ολόκληρα χρόνια για να προ-σαρώσει όλα τα δεδομένα και να τα συνδυάσει σε ένα σύνολο.
2019Τα δεδομένα αποκωδικοποιήθηκαν με επιτυχία και εμφανίστηκαν, δημιουργώντας την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας.
(Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87 στον αστερισμό της Παρθένου)
Η ανάλυση εικόνας σάς επιτρέπει να βλέπετε τη σκιά του σημείου χωρίς επιστροφή στο κέντρο του αντικειμένου. Η εικόνα ελήφθη ως αποτέλεσμα παρεμβολομετρικών παρατηρήσεων με μια πολύ μεγάλη γραμμή βάσης. Αυτές είναι οι λεγόμενες σύγχρονες παρατηρήσεις ενός αντικειμένου από πολλά ραδιοτηλεσκόπια που διασυνδέονται από ένα δίκτυο και βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη του πλανήτη, κατευθυνόμενα προς μία κατεύθυνση.
Τι είναι πραγματικά οι μαύρες τρύπες;
Μια λακωνική εξήγηση του φαινομένου ακούγεται κάπως έτσι.
Μια μαύρη τρύπα είναι μια χωροχρονική περιοχή της οποίας η βαρυτική έλξη είναι τόσο ισχυρή που κανένα αντικείμενο, συμπεριλαμβανομένων των ελαφρών κβαντών, δεν μπορεί να φύγει από αυτήν.
Μια μαύρη τρύπα ήταν κάποτε ένα τεράστιο αστέρι. Όσο οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις διατηρούν υψηλή πίεση στα έντερά του, όλα παραμένουν φυσιολογικά. Όμως με την πάροδο του χρόνου, η παροχή ενέργειας εξαντλείται και το ουράνιο σώμα, υπό την επίδραση της δικής του βαρύτητας, αρχίζει να συρρικνώνεται. Το τελικό στάδιο αυτής της διαδικασίας είναι η κατάρρευση του αστρικού πυρήνα και ο σχηματισμός μιας μαύρης τρύπας.
- 1. Εκτόξευση πίδακα μαύρης τρύπας με υψηλή ταχύτητα
- 2. Ένας δίσκος ύλης μεγαλώνει σε μαύρη τρύπα
- 3. Μαύρη τρύπα
- 4. Λεπτομερές σχήμα της περιοχής της μαύρης τρύπας
- 5. Μέγεθος των νέων παρατηρήσεων που βρέθηκαν
Η πιο κοινή θεωρία λέει ότι υπάρχουν παρόμοια φαινόμενα σε κάθε γαλαξία, συμπεριλαμβανομένου του κέντρου του Γαλαξία μας. Η τεράστια βαρύτητα της τρύπας είναι ικανή να συγκρατήσει αρκετούς γαλαξίες γύρω της, εμποδίζοντάς τους να απομακρυνθούν ο ένας από τον άλλο. Η «περιοχή κάλυψης» μπορεί να είναι διαφορετική, όλα εξαρτώνται από τη μάζα του αστεριού που έχει μετατραπεί σε μαύρη τρύπα και μπορεί να είναι χιλιάδες έτη φωτός.
Ακτίνα Schwarzschild
Η κύρια ιδιότητα μιας μαύρης τρύπας είναι ότι οποιαδήποτε ύλη εισέρχεται σε αυτήν δεν μπορεί ποτέ να επιστρέψει. Το ίδιο ισχύει και για το φως. Στον πυρήνα τους, οι τρύπες είναι σώματα που απορροφούν πλήρως όλο το φως που πέφτει πάνω τους και δεν εκπέμπουν το δικό τους. Τέτοια αντικείμενα μπορούν οπτικά να εμφανίζονται ως θρόμβοι απόλυτου σκότους.
- 1. Κινούμενη ύλη με τη μισή ταχύτητα του φωτός
- 2. Δακτύλιος φωτονίων
- 3. Εσωτερικός δακτύλιος φωτονίων
- 4. Ο ορίζοντας γεγονότων σε μια μαύρη τρύπα
Με βάση τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, εάν ένα σώμα πλησιάσει μια κρίσιμη απόσταση από το κέντρο της τρύπας, δεν μπορεί πλέον να επιστρέψει. Αυτή η απόσταση ονομάζεται ακτίνα Schwarzschild. Το τι ακριβώς συμβαίνει σε αυτή την ακτίνα δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα, αλλά υπάρχει η πιο κοινή θεωρία. Πιστεύεται ότι όλη η ύλη μιας μαύρης τρύπας συγκεντρώνεται σε ένα απείρως μικρό σημείο και στο κέντρο της υπάρχει ένα αντικείμενο με άπειρη πυκνότητα, το οποίο οι επιστήμονες ονομάζουν μοναδική διαταραχή.
Πώς πέφτει σε μια μαύρη τρύπα
(Στην εικόνα, η μαύρη τρύπα του Τοξότη Α* μοιάζει με ένα εξαιρετικά φωτεινό σύμπλεγμα φωτός)
Όχι πολύ καιρό πριν, το 2011, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα νέφος αερίου, δίνοντάς του το απλό όνομα G2, το οποίο εκπέμπει ασυνήθιστο φως. Μια τέτοια λάμψη μπορεί να δώσει τριβή σε αέριο και σκόνη, που προκαλείται από τη δράση της μαύρης τρύπας Τοξότης Α* και η οποία περιστρέφεται γύρω της με τη μορφή ενός δίσκου προσαύξησης. Έτσι, γινόμαστε παρατηρητές του εκπληκτικού φαινομένου της απορρόφησης ενός νέφους αερίου από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες, η πλησιέστερη προσέγγιση σε μια μαύρη τρύπα θα συμβεί τον Μάρτιο του 2014. Μπορούμε να αναδημιουργήσουμε μια εικόνα του πώς θα διαδραματιστεί αυτό το συναρπαστικό θέαμα.
- 1. Όταν εμφανίζεται για πρώτη φορά στα δεδομένα, ένα σύννεφο αερίου μοιάζει με μια τεράστια μπάλα αερίου και σκόνης.
- 2. Τώρα, από τον Ιούνιο του 2013, το σύννεφο απέχει δεκάδες δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη μαύρη τρύπα. Πέφτει σε αυτό με ταχύτητα 2500 km / s.
- 3. Το σύννεφο αναμένεται να περάσει τη μαύρη τρύπα, αλλά οι παλιρροϊκές δυνάμεις που προκαλούνται από τη διαφορά στην έλξη που επενεργούν στις μπροστινές και τις πίσω άκρες του νέφους θα το κάνουν να επιμηκύνεται όλο και περισσότερο.
- 4. Αφού σπάσει το σύννεφο, το μεγαλύτερο μέρος του πιθανότατα θα συγχωνευθεί στον δίσκο προσαύξησης γύρω από τον Τοξότη Α*, δημιουργώντας ωστικά κύματα σε αυτόν. Η θερμοκρασία θα ανέλθει σε αρκετά εκατομμύρια βαθμούς.
- 5. Μέρος του σύννεφου θα πέσει κατευθείαν στη μαύρη τρύπα. Κανείς δεν γνωρίζει τι ακριβώς θα συμβεί με αυτήν την ουσία, αλλά αναμένεται ότι κατά τη διαδικασία της πτώσης θα εκπέμψει ισχυρά ρεύματα ακτίνων Χ και κανείς άλλος δεν θα τη δει.
Βίντεο: μαύρη τρύπα καταπίνει ένα σύννεφο αερίου
(Προομοίωση υπολογιστή για το πόσο από το νέφος αερίου G2 θα καταστραφεί και θα καταναλωθεί από τη μαύρη τρύπα Τοξότης Α*)
Τι υπάρχει μέσα σε μια μαύρη τρύπα
Υπάρχει μια θεωρία που υποστηρίζει ότι μια μαύρη τρύπα μέσα είναι πρακτικά άδεια και όλη της η μάζα είναι συγκεντρωμένη σε ένα απίστευτα μικρό σημείο που βρίσκεται στο κέντρο της - μια μοναδικότητα.
Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία που υπάρχει εδώ και μισό αιώνα, ό,τι πέφτει σε μια μαύρη τρύπα πηγαίνει σε ένα άλλο σύμπαν που βρίσκεται στην ίδια τη μαύρη τρύπα. Τώρα αυτή η θεωρία δεν είναι η κύρια.
Και υπάρχει μια τρίτη, πιο σύγχρονη και επίμονη θεωρία, σύμφωνα με την οποία ό,τι πέφτει σε μια μαύρη τρύπα διαλύεται στις δονήσεις των χορδών στην επιφάνειά της, η οποία ορίζεται ως ο ορίζοντας γεγονότων.
Ποιος είναι λοιπόν ο ορίζοντας γεγονότων; Είναι αδύνατο να κοιτάξουμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα ακόμα και με ένα υπερισχυρό τηλεσκόπιο, αφού ακόμη και το φως, που μπαίνει μέσα σε μια γιγάντια κοσμική χοάνη, δεν έχει καμία πιθανότητα να αναδυθεί πίσω. Ό,τι μπορεί με κάποιο τρόπο να θεωρηθεί βρίσκεται σε άμεση γειτνίαση.
Ο ορίζοντας γεγονότων είναι μια υπό όρους γραμμή της επιφάνειας από την οποία δεν μπορεί να διαφύγει τίποτα (ούτε αέριο, ούτε σκόνη, ούτε αστέρια, ούτε φως). Και αυτό είναι το πολύ μυστηριώδες σημείο χωρίς επιστροφή στις μαύρες τρύπες του Σύμπαντος.
Η επιστημονική σκέψη μερικές φορές κατασκευάζει αντικείμενα με τόσο παράδοξες ιδιότητες που ακόμη και οι πιο επιτήδειοι επιστήμονες στην αρχή αρνούνται να τα αναγνωρίσουν. Το πιο προφανές παράδειγμα στην ιστορία της σύγχρονης φυσικής είναι η μακροπρόθεσμη έλλειψη ενδιαφέροντος για τις μαύρες τρύπες, ακραίες καταστάσεις του βαρυτικού πεδίου που είχαν προβλεφθεί σχεδόν πριν από 90 χρόνια. Για πολύ καιρό θεωρούνταν μια καθαρά θεωρητική αφαίρεση και μόνο στις δεκαετίες του 1960 και του 70 πίστεψαν στην πραγματικότητά τους. Ωστόσο, η βασική εξίσωση της θεωρίας των μαύρων τρυπών προέκυψε πριν από περισσότερα από διακόσια χρόνια.
Η διορατικότητα του John Michel
Το όνομα του John Michell, φυσικού, αστρονόμου και γεωλόγου, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Cambridge και πάστορα της Εκκλησίας της Αγγλίας, χάθηκε εντελώς άδικα ανάμεσα στα αστέρια της αγγλικής επιστήμης τον 18ο αιώνα. Ο Michell έθεσε τα θεμέλια της σεισμολογίας, της επιστήμης των σεισμών, πραγματοποίησε μια εξαιρετική μελέτη του μαγνητισμού και πολύ πριν ο Coulomb εφεύρει τον ζυγό στρέψης που χρησιμοποιούσε για βαρυμετρικές μετρήσεις. Το 1783, προσπάθησε να συνδυάσει τις δύο μεγάλες δημιουργίες του Νεύτωνα, τη μηχανική και την οπτική. Ο Νεύτωνας θεωρούσε το φως ως ένα ρεύμα μικροσκοπικών σωματιδίων. Ο Michell πρότεινε ότι τα ελαφρά σωματίδια, όπως η συνηθισμένη ύλη, υπακούουν στους νόμους της μηχανικής. Η συνέπεια αυτής της υπόθεσης αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ μη τετριμμένη - τα ουράνια σώματα μπορούν να μετατραπούν σε παγίδες για το φως.
Πώς σκέφτηκε ο Μισέλ; Μια βολίδα κανονιού που εκτοξεύεται από την επιφάνεια ενός πλανήτη θα υπερνικήσει πλήρως τη βαρύτητά του μόνο εάν η αρχική του ταχύτητα υπερβαίνει αυτό που σήμερα ονομάζεται δεύτερη διαστημική ταχύτητα και ταχύτητα διαφυγής. Εάν η βαρύτητα του πλανήτη είναι τόσο ισχυρή που η ταχύτητα διαφυγής υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός, τα σωματίδια φωτός που εκτοξεύονται στο ζενίθ δεν μπορούν να διαφύγουν στο άπειρο. Το ίδιο θα συμβεί και με το ανακλώμενο φως. Επομένως, για έναν πολύ μακρινό παρατηρητή, ο πλανήτης θα είναι αόρατος. Ο Michell υπολόγισε την κρίσιμη τιμή της ακτίνας ενός τέτοιου πλανήτη, του Rcr, ανάλογα με τη μάζα του, M, μειωμένη στη μάζα του Ήλιου μας, Ms: Rcr = 3 km x M/Ms.
Ο John Michell πίστευε στους τύπους του και υπέθεσε ότι τα βάθη του διαστήματος κρύβουν πολλά αστέρια που δεν μπορούν να φανούν από τη Γη με κανένα τηλεσκόπιο. Αργότερα, ο μεγάλος Γάλλος μαθηματικός, αστρονόμος και φυσικός Pierre Simon Laplace κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα και το συμπεριέλαβε τόσο στην πρώτη (1796) όσο και στη δεύτερη (1799) εκδόσεις της Έκθεσής του για το Σύστημα του Κόσμου. Αλλά η τρίτη έκδοση δημοσιεύτηκε το 1808, όταν οι περισσότεροι φυσικοί θεωρούσαν ήδη το φως ως δονήσεις του αιθέρα. Η ύπαρξη «αόρατων» αστεριών έρχεται σε αντίθεση με την κυματική θεωρία του φωτός και ο Laplace θεώρησε ότι ήταν καλύτερο να μην τα αναφέρει. Στους επόμενους χρόνους, αυτή η ιδέα θεωρήθηκε αξιοπερίεργη, άξια έκθεσης μόνο σε έργα για την ιστορία της φυσικής.
Μοντέλο Schwarzschild
Τον Νοέμβριο του 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε μια θεωρία της βαρύτητας, την οποία ονόμασε γενική θεωρία της σχετικότητας (GR). Αυτό το έργο βρήκε αμέσως έναν ευγνώμονα αναγνώστη στο πρόσωπο του συναδέλφου του από την Ακαδημία Επιστημών του Βερολίνου Karl Schwarzschild. Ήταν ο Schwarzschild που ήταν ο πρώτος στον κόσμο που εφάρμοσε τη γενική σχετικότητα για να λύσει ένα συγκεκριμένο αστροφυσικό πρόβλημα, για να υπολογίσει τη χωροχρονική μέτρηση έξω και μέσα σε ένα μη περιστρεφόμενο σφαιρικό σώμα (για την ακρίβεια, θα το ονομάσουμε αστέρι).
Από τους υπολογισμούς του Schwarzschild προκύπτει ότι η βαρύτητα ενός άστρου δεν παραμορφώνει πολύ τη νευτώνεια δομή του χώρου και του χρόνου μόνο εάν η ακτίνα του είναι πολύ μεγαλύτερη από την ίδια την τιμή που υπολόγισε ο John Michell! Αυτή η παράμετρος ονομάστηκε αρχικά ακτίνα Schwarzschild και τώρα ονομάζεται ακτίνα βαρύτητας. Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, η βαρύτητα δεν επηρεάζει την ταχύτητα του φωτός, αλλά μειώνει τη συχνότητα των δονήσεων του φωτός στην ίδια αναλογία με την οποία επιβραδύνει το χρόνο. Εάν η ακτίνα ενός άστρου είναι 4 φορές μεγαλύτερη από την βαρυτική ακτίνα, τότε η ροή του χρόνου στην επιφάνειά του επιβραδύνεται κατά 15% και ο χώρος αποκτά αισθητή καμπυλότητα. Με διπλή υπέρβαση, λυγίζει περισσότερο και ο χρόνος επιβραδύνει την πορεία του κατά 41%. Όταν επιτευχθεί η βαρυτική ακτίνα, ο χρόνος στην επιφάνεια του άστρου σταματά εντελώς (όλες οι συχνότητες μηδενίζονται, η ακτινοβολία παγώνει και το αστέρι σβήνει), αλλά η καμπυλότητα του διαστήματος είναι ακόμα πεπερασμένη. Μακριά από τον ήλιο, η γεωμετρία παραμένει ακόμα Ευκλείδεια και ο χρόνος δεν αλλάζει την ταχύτητά του.
Παρά το γεγονός ότι οι τιμές της βαρυτικής ακτίνας για τον Michell και τον Schwarzschild είναι ίδιες, τα ίδια τα μοντέλα δεν έχουν τίποτα κοινό. Για τον Μισέλ, ο χώρος και ο χρόνος δεν αλλάζουν, αλλά το φως επιβραδύνεται. Ένα αστέρι του οποίου οι διαστάσεις είναι μικρότερες από την βαρυτική του ακτίνα συνεχίζει να λάμπει, αλλά είναι ορατό μόνο σε έναν όχι πολύ μακρινό παρατηρητή. Για τον Schwarzschild, η ταχύτητα του φωτός είναι απόλυτη, αλλά η δομή του χώρου και του χρόνου εξαρτάται από τη βαρύτητα. Ένα αστέρι που έχει πέσει κάτω από τη βαρυτική ακτίνα εξαφανίζεται για οποιονδήποτε παρατηρητή, ανεξάρτητα από το πού βρίσκεται (ακριβέστερα, μπορεί να ανιχνευθεί με βαρυτικά φαινόμενα, αλλά σε καμία περίπτωση με ακτινοβολία).
Από τη δυσπιστία στον ισχυρισμό
Ο Schwarzschild και οι σύγχρονοί του πίστευαν ότι τέτοια παράξενα κοσμικά αντικείμενα δεν υπάρχουν στη φύση. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν όχι μόνο τήρησε αυτή την άποψη, αλλά πίστευε λανθασμένα ότι κατάφερε να τεκμηριώσει μαθηματικά τη γνώμη του.
Στη δεκαετία του 1930, ένας νεαρός Ινδός αστροφυσικός, ο Chandrasekhar, απέδειξε ότι ένα αστέρι που έχει ξοδέψει το πυρηνικό του καύσιμο ρίχνει το κέλυφός του και μετατρέπεται σε έναν αργά ψύχοντα λευκό νάνο μόνο εάν η μάζα του είναι μικρότερη από 1,4 ηλιακές μάζες. Σύντομα, ο Αμερικανός Fritz Zwicky μάντεψε ότι εξαιρετικά πυκνά σώματα ύλης νετρονίων προκύπτουν σε εκρήξεις σουπερνόβα. Αργότερα, στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξε και ο Λεβ Λαντάου. Μετά το έργο του Chandrasekhar, ήταν προφανές ότι μόνο αστέρια με μάζα μεγαλύτερη από 1,4 ηλιακή μάζα θα μπορούσαν να υποστούν μια τέτοια εξέλιξη. Ως εκ τούτου, προέκυψε ένα φυσικό ερώτημα - υπάρχει ανώτατο όριο μάζας για σουπερνόβα που αφήνουν πίσω τους αστέρια νετρονίων;
Στα τέλη της δεκαετίας του 1930, ο μελλοντικός πατέρας της αμερικανικής ατομικής βόμβας, Ρόμπερτ Οπενχάιμερ, διαπίστωσε ότι ένα τέτοιο όριο υπάρχει πράγματι και δεν υπερβαίνει αρκετές ηλιακές μάζες. Τότε δεν ήταν δυνατό να δοθεί πιο ακριβής εκτίμηση. Είναι πλέον γνωστό ότι οι μάζες των άστρων νετρονίων πρέπει να είναι στην περιοχή 1,5-3 M s. Αλλά ακόμη και από τους κατά προσέγγιση υπολογισμούς του Oppenheimer και του μεταπτυχιακού φοιτητή του George Volkov, προέκυψε ότι οι πιο ογκώδεις απόγονοι των σουπερνόβα δεν γίνονται αστέρια νετρονίων, αλλά πηγαίνουν σε κάποια άλλη κατάσταση. Το 1939, ο Oppenheimer και ο Hartland Snyder απέδειξαν σε ένα εξιδανικευμένο μοντέλο ότι ένα τεράστιο αστέρι που καταρρέει συστέλλεται στην βαρυτική του ακτίνα. Από τους τύπους τους, μάλιστα, προκύπτει ότι το αστέρι δεν σταματά εκεί, αλλά οι συν-συγγραφείς απέφυγαν από ένα τόσο ριζοσπαστικό συμπέρασμα.
Η τελική απάντηση βρέθηκε στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα από τις προσπάθειες ενός γαλαξία λαμπρών θεωρητικών φυσικών, συμπεριλαμβανομένων των Σοβιετικών. Αποδείχθηκε ότι μια τέτοια κατάρρευση Πάντασυμπιέζει το αστέρι «ως το τέλος», καταστρέφοντας εντελώς την ουσία του. Ως αποτέλεσμα, προκύπτει μια ιδιομορφία, ένα «υπερσυμπύκνωμα» του βαρυτικού πεδίου, κλειστό σε έναν απείρως μικρό όγκο. Για μια σταθερή τρύπα, αυτό είναι ένα σημείο, για μια περιστρεφόμενη τρύπα, είναι ένας δακτύλιος. Η καμπυλότητα του χωροχρόνου και, κατά συνέπεια, η δύναμη της βαρύτητας κοντά στη μοναδικότητα τείνουν στο άπειρο. Στα τέλη του 1967, ο Αμερικανός φυσικός John Archibald Wheeler ήταν ο πρώτος που αποκάλεσε μια τέτοια τελική αστρική κατάρρευση μαύρη τρύπα. Ο νέος όρος ερωτεύτηκε τους φυσικούς και χαροποίησε τους δημοσιογράφους που τον διέδωσαν σε όλο τον κόσμο (αν και στην αρχή δεν άρεσε στους Γάλλους, γιατί η έκφραση trou noir υποδήλωνε αμφίβολους συνειρμούς).
Εκεί, πέρα από τον ορίζοντα
Μια μαύρη τρύπα δεν είναι ούτε ύλη ούτε ακτινοβολία. Με κάποια μεταφορικότητα, μπορούμε να πούμε ότι πρόκειται για ένα αυτοσυντηρούμενο βαρυτικό πεδίο, συγκεντρωμένο σε μια εξαιρετικά καμπύλη περιοχή του χωροχρόνου. Το εξωτερικό του όριο ορίζεται από μια κλειστή επιφάνεια, τον ορίζοντας γεγονότων. Εάν το αστέρι δεν περιστρεφόταν πριν από την κατάρρευση, αυτή η επιφάνεια αποδεικνύεται ότι είναι μια κανονική σφαίρα, η ακτίνα της οποίας συμπίπτει με την ακτίνα Schwarzschild.
Το φυσικό νόημα του ορίζοντα είναι πολύ σαφές. Ένα φωτεινό σήμα που αποστέλλεται από την εξωτερική του γειτονιά μπορεί να διανύσει άπειρη απόσταση. Όμως τα σήματα που στέλνονται από την εσωτερική περιοχή, όχι μόνο δεν θα διασχίσουν τον ορίζοντα, αλλά αναπόφευκτα θα «πέσουν» στη μοναδικότητα. Ο ορίζοντας είναι το χωρικό όριο μεταξύ γεγονότων που μπορούν να γίνουν γνωστά στους επίγειους (και οποιουσδήποτε άλλους) αστρονόμους, και γεγονότων για τα οποία πληροφορίες δεν θα βγουν σε καμία περίπτωση.
Όπως θα έπρεπε να είναι "σύμφωνα με τον Schwarzschild", μακριά από τον ορίζοντα, η έλξη μιας τρύπας είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης, επομένως, για έναν μακρινό παρατηρητή, εμφανίζεται ως ένα συνηθισμένο βαρύ σώμα. Εκτός από τη μάζα, η τρύπα κληρονομεί τη ροπή αδράνειας του αστεριού που έχει καταρρεύσει και το ηλεκτρικό του φορτίο. Και όλα τα άλλα χαρακτηριστικά του προκατόχου αστέρα (δομή, σύνθεση, φασματικός τύπος κ.λπ.) περνούν στη λήθη.
Ας στείλουμε έναν ανιχνευτή στην τρύπα με έναν ραδιοφωνικό σταθμό που στέλνει ένα σήμα μία φορά το δευτερόλεπτο σύμφωνα με την ώρα επί του σκάφους. Για έναν μακρινό παρατηρητή, καθώς ο καθετήρας πλησιάζει στον ορίζοντα, τα χρονικά διαστήματα μεταξύ των σημάτων θα αυξάνονται - κατ 'αρχήν, επ 'αόριστον. Μόλις το πλοίο διασχίσει τον αόρατο ορίζοντα, θα είναι τελείως αθόρυβο για τον κόσμο "over-the-hole". Ωστόσο, αυτή η εξαφάνιση δεν θα είναι χωρίς ίχνος, αφού ο καθετήρας θα δώσει στην τρύπα τη μάζα, το φορτίο και τη ροπή της.
ακτινοβολία μαύρης τρύπας
Όλα τα προηγούμενα μοντέλα κατασκευάστηκαν αποκλειστικά με βάση τη γενική σχετικότητα. Ωστόσο, ο κόσμος μας διέπεται από τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, οι οποίοι δεν αγνοούν τις μαύρες τρύπες. Αυτοί οι νόμοι δεν μας επιτρέπουν να θεωρήσουμε την κεντρική ιδιομορφία ως μαθηματικό σημείο. Σε ένα κβαντικό πλαίσιο, η διάμετρός του δίνεται από το μήκος Planck-Wheeler, περίπου ίσο με 10 -33 εκατοστά. Σε αυτήν την περιοχή, ο συνηθισμένος χώρος παύει να υπάρχει. Είναι γενικά αποδεκτό ότι το κέντρο της τρύπας είναι γεμάτο με διάφορες τοπολογικές δομές που εμφανίζονται και πεθαίνουν σύμφωνα με τους κβαντικούς νόμους πιθανοτήτων. Οι ιδιότητες ενός τέτοιου οιονεί χώρου με φυσαλίδες, τον οποίο ο Wheeler ονόμασε κβαντικό αφρό, είναι ακόμα ελάχιστα κατανοητές.
Η παρουσία μιας κβαντικής ιδιομορφίας σχετίζεται άμεσα με την τύχη των υλικών σωμάτων που πέφτουν βαθιά σε μια μαύρη τρύπα. Όταν πλησιάζετε στο κέντρο της τρύπας, οποιοδήποτε αντικείμενο είναι κατασκευασμένο από επί του παρόντος γνωστά υλικά θα συνθλίβεται και θα σχίζεται από τις παλιρροϊκές δυνάμεις. Ωστόσο, ακόμα κι αν μελλοντικοί μηχανικοί και τεχνολόγοι δημιουργήσουν κάποιο είδος υπερ-ισχυρών κραμάτων και σύνθετων υλικών με ιδιότητες πρωτόγνωρες τώρα, είναι όλα καταδικασμένα να εξαφανιστούν ούτως ή άλλως: τελικά, δεν υπάρχει ούτε ο συνηθισμένος χρόνος ούτε ο συνηθισμένος χώρος στη ζώνη ιδιομορφίας.
Τώρα ας δούμε τον ορίζοντα της τρύπας μέσα από έναν κβαντομηχανικό φακό. Ο κενός χώρος - το φυσικό κενό - στην πραγματικότητα δεν είναι καθόλου κενός. Λόγω των κβαντικών διακυμάνσεων των διαφόρων πεδίων στο κενό, πολλά εικονικά σωματίδια γεννιούνται συνεχώς και πεθαίνουν. Δεδομένου ότι η βαρύτητα κοντά στον ορίζοντα είναι πολύ ισχυρή, οι διακυμάνσεις της δημιουργούν εξαιρετικά ισχυρές βαρυτικές εκρήξεις. Όταν επιταχύνονται σε τέτοια πεδία, τα νεογέννητα "εικονικά" αποκτούν πρόσθετη ενέργεια και μερικές φορές γίνονται φυσιολογικά μακρόβια σωματίδια.
Τα εικονικά σωματίδια γεννιούνται πάντα σε ζεύγη που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις (αυτό επιβάλλει ο νόμος της διατήρησης της ορμής). Εάν μια βαρυτική διακύμανση εξάγει ένα ζεύγος σωματιδίων από το κενό, μπορεί να συμβεί ένα από αυτά να υλοποιηθεί έξω από τον ορίζοντα και το δεύτερο (το αντισωματίδιο του πρώτου) μέσα. Το «εσωτερικό» σωματίδιο θα πέσει μέσα στην τρύπα, αλλά το «εξωτερικό» σωματίδιο μπορεί να διαφύγει υπό ευνοϊκές συνθήκες. Ως αποτέλεσμα, η τρύπα μετατρέπεται σε πηγή ακτινοβολίας και ως εκ τούτου χάνει ενέργεια και, κατά συνέπεια, μάζα. Επομένως, οι μαύρες τρύπες είναι θεμελιωδώς ασταθείς.
Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φαινόμενο Hawking, από τον αξιόλογο Άγγλο θεωρητικό φυσικό που το ανακάλυψε στα μέσα της δεκαετίας του 1970. Ο Stephen Hawking, συγκεκριμένα, απέδειξε ότι ο ορίζοντας μιας μαύρης τρύπας εκπέμπει φωτόνια με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως ένα απολύτως μαύρο σώμα που θερμαίνεται σε θερμοκρασία T = 0,5 x 10 -7 x M s /M. Από αυτό προκύπτει ότι όσο η τρύπα γίνεται πιο λεπτή, η θερμοκρασία της αυξάνεται και η «εξάτμιση», φυσικά, αυξάνεται. Αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά αργή και η διάρκεια ζωής μιας τρύπας μάζας M είναι περίπου 10 65 x (M/M s) 3 χρόνια. Όταν το μέγεθός της γίνει ίσο με το μήκος Planck-Wheeler, η τρύπα χάνει τη σταθερότητα και εκρήγνυται, απελευθερώνοντας την ίδια ενέργεια με την ταυτόχρονη έκρηξη ενός εκατομμυρίου βομβών υδρογόνου δέκα μεγατόνων. Περιέργως, η μάζα της τρύπας τη στιγμή της εξαφάνισής της είναι ακόμα αρκετά μεγάλη, 22 μικρογραμμάρια. Σύμφωνα με ορισμένα μοντέλα, η τρύπα δεν εξαφανίζεται χωρίς ίχνος, αλλά αφήνει πίσω της ένα σταθερό λείψανο της ίδιας μάζας, το λεγόμενο maximon.
Μαξίμωνγεννήθηκε πριν από 40 χρόνια - ως όρος και ως φυσική ιδέα. Το 1965, ο ακαδημαϊκός M. A. Markov πρότεινε ότι υπάρχει ένα ανώτερο όριο στη μάζα των στοιχειωδών σωματιδίων. Πρότεινε αυτή η οριακή τιμή να θεωρηθεί η διάσταση της μάζας, η οποία μπορεί να συνδυαστεί από τρεις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές - τη σταθερά του Planck h, την ταχύτητα του φωτός C και τη σταθερά βαρύτητας G (για τους λάτρεις των λεπτομερειών: για να γίνει αυτό, πρέπει να πολλαπλασιάζουμε h και C, διαιρούμε το αποτέλεσμα με το G και εξάγουμε την τετραγωνική ρίζα). Αυτά είναι τα ίδια 22 μικρογραμμάρια που αναφέρονται στο άρθρο, αυτή η τιμή ονομάζεται μάζα Planck. Από τις ίδιες σταθερές είναι δυνατό να κατασκευαστεί μια τιμή με διάσταση μήκους (θα βγει το μήκος Planck-Wheeler, 10 -33 cm) και με διάσταση χρόνου (10 -43 sec).
Ο Μάρκοφ προχώρησε περισσότερο στο σκεπτικό του. Σύμφωνα με την υπόθεσή του, η εξάτμιση μιας μαύρης τρύπας οδηγεί στο σχηματισμό ενός "ξηρού υπολείμματος" - ενός maximon. Ο Μάρκοφ ονόμασε τέτοιες δομές στοιχειώδεις μαύρες τρύπες. Το κατά πόσο αυτή η θεωρία ανταποκρίνεται στην πραγματικότητα παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα. Σε κάθε περίπτωση, ανάλογα των αξίμων του Markov έχουν αναβιώσει σε ορισμένα μοντέλα μαύρων οπών που βασίζονται στη θεωρία των υπερχορδών.
Βάθη του χώρου
Οι μαύρες τρύπες δεν απαγορεύονται από τους νόμους της φυσικής, υπάρχουν όμως στη φύση; Δεν έχουν βρεθεί ακόμη απολύτως αυστηρά στοιχεία για την παρουσία τουλάχιστον ενός τέτοιου αντικειμένου στο διάστημα. Ωστόσο, είναι πολύ πιθανό ότι σε ορισμένα δυαδικά συστήματα οι πηγές ακτίνων Χ είναι μαύρες τρύπες αστρικής προέλευσης. Αυτή η ακτινοβολία θα πρέπει να προκύπτει ως αποτέλεσμα της αναρρόφησης της ατμόσφαιρας ενός συνηθισμένου άστρου από το βαρυτικό πεδίο μιας γειτονικής τρύπας. Το αέριο κατά την κίνησή του προς τον ορίζοντα γεγονότων θερμαίνεται έντονα και εκπέμπει κβάντα ακτίνων Χ. Τουλάχιστον δύο δωδεκάδες πηγές ακτίνων Χ θεωρούνται πλέον κατάλληλες για τον ρόλο των μαύρων τρυπών. Επιπλέον, οι αστρικές στατιστικές δείχνουν ότι υπάρχουν περίπου δέκα εκατομμύρια τρύπες αστρικής προέλευσης μόνο στον Γαλαξία μας.
Οι μαύρες τρύπες μπορούν επίσης να σχηματιστούν στη διαδικασία της βαρυτικής συμπύκνωσης της ύλης στους γαλαξιακούς πυρήνες. Έτσι προκύπτουν γιγάντιες τρύπες με μάζα εκατομμυρίων και δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών, οι οποίες, κατά πάσα πιθανότητα, βρίσκονται σε πολλούς γαλαξίες. Προφανώς, στο κέντρο του Γαλαξία, καλυμμένο με σύννεφα σκόνης, υπάρχει μια τρύπα με μάζα 3-4 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών.
Ο Στίβεν Χόκινγκ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι μαύρες τρύπες αυθαίρετης μάζας θα μπορούσαν να γεννηθούν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, που δημιούργησε το Σύμπαν μας. Οι πρωτεύουσες τρύπες που ζυγίζουν έως και ένα δισεκατομμύριο τόνους έχουν ήδη εξατμιστεί, αλλά οι βαρύτερες μπορούν ακόμα να κρυφτούν στα βάθη του διαστήματος και, σε εύθετο χρόνο, να στήσουν κοσμικά πυροτεχνήματα με τη μορφή ισχυρών λάμψεων ακτινοβολίας γάμμα. Ωστόσο, τέτοιες εκρήξεις δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ μέχρι στιγμής.
εργοστάσιο μαύρης τρύπας
Είναι δυνατόν να επιταχυνθούν τα σωματίδια στον επιταχυντή σε τόσο υψηλή ενέργεια ώστε η σύγκρουσή τους να οδηγήσει σε μια μαύρη τρύπα; Με την πρώτη ματιά, αυτή η ιδέα είναι απλά τρελή - η έκρηξη της τρύπας θα καταστρέψει όλη τη ζωή στη Γη. Επιπλέον, είναι τεχνικά ανέφικτο. Αν η ελάχιστη μάζα μιας οπής είναι πράγματι 22 μικρογραμμάρια, τότε σε μονάδες ενέργειας είναι 10 28 ηλεκτρον βολτ. Αυτό το όριο είναι 15 τάξεις μεγέθους υψηλότερο από την ικανότητα του πιο ισχυρού επιταχυντή στον κόσμο, του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), που θα εκτοξευθεί στο CERN το 2007.
Ωστόσο, είναι πιθανό η τυπική εκτίμηση της ελάχιστης μάζας μιας τρύπας να υπερεκτιμάται σημαντικά. Σε κάθε περίπτωση, αυτό λένε οι φυσικοί που αναπτύσσουν τη θεωρία των υπερχορδών, η οποία περιλαμβάνει την κβαντική θεωρία της βαρύτητας (αν και απέχει πολύ από την ολοκληρωμένη). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο χώρος δεν έχει λιγότερες από τρεις διαστάσεις, αλλά τουλάχιστον εννέα. Δεν παρατηρούμε τις επιπλέον διαστάσεις γιατί είναι κυκλικές σε τόσο μικρή κλίμακα που τα όργανα μας δεν τις αντιλαμβάνονται. Ωστόσο, η βαρύτητα είναι πανταχού παρούσα, διεισδύει σε κρυφές διαστάσεις. Στις τρεις διαστάσεις, η δύναμη της βαρύτητας είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης και σε εννέα διαστάσεις είναι η όγδοη δύναμη. Επομένως, σε έναν πολυδιάστατο κόσμο, η ένταση του βαρυτικού πεδίου αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα με τη μείωση της απόστασης από ότι σε έναν τρισδιάστατο. Σε αυτή την περίπτωση, το μήκος Planck αυξάνεται πολλές φορές και η ελάχιστη μάζα της οπής πέφτει απότομα.
Η θεωρία χορδών προβλέπει ότι μια μαύρη τρύπα με μάζα μόνο 10 -20 g μπορεί να γεννηθεί σε εννιαδιάστατο χώρο.Η υπολογιζόμενη σχετικιστική μάζα των πρωτονίων που επιταχύνεται στον υπερεπιταχυντή zern είναι περίπου η ίδια. Σύμφωνα με το πιο αισιόδοξο σενάριο, θα μπορεί να παράγει μία τρύπα κάθε δευτερόλεπτο, η οποία θα ζει για περίπου 10 -26 δευτερόλεπτα. Στη διαδικασία της εξάτμισης του θα γεννηθούν κάθε είδους στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία θα είναι εύκολο να καταγραφούν. Η εξαφάνιση της τρύπας θα οδηγήσει σε απελευθέρωση ενέργειας, η οποία δεν αρκεί ούτε για να θερμάνει ένα μικρογραμμάριο νερού ανά χιλιοστό του βαθμού. Επομένως, υπάρχει ελπίδα ότι ο LHC θα μετατραπεί σε ένα εργοστάσιο αβλαβών μαύρων τρυπών. Εάν αυτά τα μοντέλα είναι σωστά, τότε οι ανιχνευτές τροχιακής κοσμικής ακτίνας νέας γενιάς θα μπορούν επίσης να ανιχνεύουν τέτοιες τρύπες.
Όλα τα παραπάνω ισχύουν για σταθερές μαύρες τρύπες. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν περιστρεφόμενες τρύπες που έχουν ένα σωρό ενδιαφέρουσες ιδιότητες. Τα αποτελέσματα της θεωρητικής ανάλυσης της ακτινοβολίας της μαύρης τρύπας οδήγησαν επίσης σε μια σοβαρή επανεξέταση της έννοιας της εντροπίας, η οποία επίσης αξίζει μια ξεχωριστή συζήτηση. Περισσότερα για αυτό στο επόμενο τεύχος.