Безгранични универзум је пун тајни, загонетки и парадокса. Упркос чињеници да је модерна наука направила огроман искорак у истраживању свемира, много у овом огромном свету остаје неразумљиво за људску перцепцију света. Знамо много о звездама, маглинама, кластерима и планетама. Међутим, у пространству универзума постоје такви објекти, чије постојање можемо само нагађати. На пример, веома мало знамо о црним рупама. Основне информације и сазнања о природи црних рупа граде се на претпоставкама и претпоставкама. Астрофизичари, нуклеарни научници се боре са овим проблемом више од десетак година. Шта је црна рупа у простору? Каква је природа таквих објеката?
Говорећи о црним рупама на једноставном језику
Да замислим како изгледа црна рупа, довољно је видјети реп влака који иде у тунел. Сигнална светла на последњем возилу док воз иде дубље у тунел смањит ће се све док не нестану из видокруга. Другим речима, то су објекти у којима, због монструозне привлачности, чак и светло нестаје. Елементарне честице, електрони, протони и фотони нису у стању да превазиђу невидљиву баријеру, упадају у црни понор непостојања, па је таква рупа у простору названа црна. Не постоји ни најмања светлосна зона у њој, чврста тама и бесконачност. Оно што је на другој страни црне рупе је непознато.
Овај свемирски усисивач има огромну гравитацију и способан је да апсорбује читаву галаксију са свим кластерима и суперклустерима звезда, са маглинама и са тамном материјом. Како је то могуће? Остаје само погодити. Закони физике који су нам познати у овом случају се раздвајају по шавовима и не дају објашњење за процесе који се одвијају. Суштина парадокса је да је у овом делу Универзума гравитациона интеракција тела одређена њиховом масом. На процес апсорпције једног објекта другог не утиче њихов квалитативни и квантитативни састав. Честице, које су достигле критичну количину у одређеној области, улазе у други ниво интеракције, где гравитационе силе постају привлачне силе. Тело, објекат, супстанца или материја под утицајем гравитације почиње да се смањује, достижући огромну густину.
Приближно се такви процеси дешавају током формирања неутронске звезде, где се звездана материја под утицајем унутрашње гравитације сабија у запремини. Слободни електрони комбинирају се са протонима да би формирали електрично неутралне честице - неутроне. Густина ове супстанце је огромна. Честица материје величине комадића рафинисаног шећера има тежину од милијарде тона. Овдје је прикладно подсјетити се на опћу теорију релативности, гдје су простор и вријеме континуиране величине. Због тога се процес компресије не може зауставити на пола пута и стога нема ограничења.
Потенцијално, црна рупа изгледа као рупа у којој може бити прелазак из једног сегмента простора у други. Истовремено, својства простора и времена се мијењају, увијајући се у простор-временски лијевак. Стигавши до дна овог левка, свака материја пада у кванту. Шта је на другој страни црне рупе, ова дивовска рупа? Можда постоји други други простор у коме се примењују други закони и време протиче у супротном смеру.
У контексту теорије релативности, теорија црне рупе је следећа. Точка простора, гдје су гравитационе силе стиснуле било коју материју у микроскопску величину, има огромну силу привлачења, чија се величина повећава до бесконачности. Појављује се преклоп времена и простор је савијен, затварајући се у једној тачки. Објекти које апсорбује црна рупа нису у стању да одоле снази овог монструозног усисивача. Чак и брзина светлости, коју кванти поседују, не дозвољава елементарним честицама да превазиђу силу привлачења. Свако тело које је дошло до такве тачке престаје да буде материјални објекат, спајајући се са мехурама простора и времена.
Црне рупе у науци
Ако питате, како се формирају црне рупе? Дефинитиван одговор неће бити. У универзуму постоји много парадокса и контрадикција које се не могу објаснити са становишта науке. Ајнштајнова теорија релативности дозвољава само теоретски да објасни природу таквих објеката, али у овом случају квантна механика и физика су тихи.
Покушавајући објаснити процесе који се одвијају по законима физике, слика ће изгледати овако. Објекат се формира као резултат огромне гравитационе контракције масивног или супермасивног космичког тела. Овај процес има научно име - гравитациони колапс. Појам "црна рупа" први пут је звучао у научној заједници 1968. године, када је амерички астроном и физичар Џон Вилер покушао да објасни стање звјезданог колапса. Према његовој теорији, уместо масивне звезде која је подвргнута гравитационом колапсу, настаје просторни и временски неуспех, у којем делује константна компресија. Све што је звезда направљена одлази у себе.
Ово објашњење нам омогућава да закључимо да природа црних рупа ни на који начин није повезана са процесима који се одвијају у Универзуму. Све што се дешава унутар овог објекта не одражава се ни на који начин на околни простор с једним “АЛИ”. Сила гравитације црне рупе је толико јака да савија простор, присиљавајући галаксије да се врте око црних рупа. Сходно томе, постаје јасно зашто су галаксије у облику спирала. Колико дуго ће бити потребно да огромна галаксија Млечног пута нестане у бездан супермасивне црне рупе није познато. Занимљива је чињеница да се црне рупе могу појавити у било којој точки у свемиру, гдје се стварају идеални увјети за то. Такав набор времена и простора елиминише огромне брзине којима се звезде ротирају и крећу у простору галаксије. Време у црној рупи тече у другој димензији. Унутар ове области, закони гравитације се не могу интерпретирати са становишта физике. Ово стање се назива сингуларност црне рупе.
Црне рупе не показују никакве спољне идентификационе знакове, њихово постојање се може проценити по понашању других свемирских објеката погођених гравитационим пољима. Цела слика борбе за живот и смрт одвија се на граници црне рупе, која је прекривена мембраном. Ова имагинарна површина левка назива се "хоризонт догађаја". Све што видимо до ове границе је опипљиво и материјално.
Сценарији црне рупе
Развијајући теорију Јохна Вхеелер-а, можемо закључити да тајна црних рупа вјероватно није у процесу њеног формирања. Формирање црне рупе је резултат колапса неутронске звезде. Штавише, маса таквог објекта мора прећи масу Сунца три или више пута. Неутронска звезда се смањује све док се њена властита светлост више не може ослободити од уског загрљаја гравитације. Постоји гранична граница у величини на коју се звезда може смањити, стварајући црну рупу. Овај радијус се назива гравитациони радијус. Масивне звезде у завршној фази развоја требало би да имају гравитациони радијус од неколико километара.
Данас, научници су добили индиректне доказе о присуству црних рупа у десетак бинарних звезда са рендгенским зрацима. Рендгенске звезде, пулсар или бурстер немају чврсту површину. Штавише, њихова маса је већа од масе три Сунца. Садашње стање свемира у сазвежђу Цигнус - рендгенска звијезда Цигнус Кс-1, омогућава праћење формирања ових знатижељних објеката.
На основу истраживања и теоријских претпоставки, данас у науци постоје четири сценарија за формирање црних звезда:
- гравитациони колапс масивне звезде у завршној фази њене еволуције;
- колапс централног подручја галаксије;
- формирање црних рупа у процесу Великог праска;
- формирање квантних црних рупа.
Први сценарио је најреалнији, али број црних звијезда с којима смо данас упознати прелази број познатих неутронских звијезда. Старост Универзума није толико велика да би толико масивних звијезда могло проћи кроз цијели процес еволуције.
Други сценарио има право на живот, а постоји и живописан пример - супермасивна црна рупа Стрелац А *, смештена у центру наше галаксије. Маса овог објекта је 3,7 маса сунца. Механизам овог сценарија је сличан сценарију гравитационог колапса са једином разликом да је међузвездани гас, а не звезда, подложан колапсу. Под утицајем гравитационих сила, гас се компримује до критичне масе и густине. У критичном тренутку материја се распада у кванту, формирајући црну рупу. Међутим, ова теорија је упитна, јер су недавно астрономи са Универзитета Колумбија идентификовали сателите сателита А * црне рупе. Показало се да су то биле многе мале црне рупе, које су вероватно формиране на други начин.
Трећи сценарио је више теоријски и повезан је са постојањем теорије Великог праска. У време формирања универзума, део материје и гравитационих поља су подвргнути флуктуацији. Другим речима, процеси су ишли другим путем, а не повезани са познатим процесима квантне механике и нуклеарне физике.
Овај други сценарио је фокусиран на физику нуклеарне експлозије. У угрушцима материје у процесу нуклеарних реакција под утицајем гравитационих сила долази до експлозије, на месту где настаје црна рупа. Материја експлодира изнутра, апсорбујући све честице.
Постојање и еволуција црних рупа
Имајући приближну идеју о природи тако чудних просторних објеката, нешто друго је занимљиво. Које су праве димензије црних рупа, колико брзо расту? Величина црних рупа одређена је њиховим гравитационим радијусом. За црне рупе, радијус црне рупе одређен је његовом масом и зове се Сцхварзсцхилдов радијус. На пример, ако објекат има масу једнаку маси наше планете, онда је радијус Шварцшилда у овом случају 9 мм. Наше главно тело има радијус од 3 км. Просечна густина црне рупе формиране на месту звезде са масом од 10⁸ масе Сунца биће близу густине воде. Радијус таквог образовања биће 300 милиона километара.
Врло је вероватно да се такве гигантске црне рупе налазе у центру галаксија. До данас је познато 50 галаксија, у чијем центру се налазе огромни привремени и просторни бунари. Маса таквих дивова је милијарда масе Сунца. Може се само замислити колосална и чудовишна сила привлачности има такву рупу.
Што се тиче малих рупа, то су мини-објекти чији радијус достиже безначајне вредности, само 10 ¹ ² цм Маса такве мрвице је 10 гр. Такве формације су настале у време Великог праска, али су се временом повећавале и данас се вијоре у свемиру као чудовишта. Услови под којима је дошло до формирања малих црних рупа, научници данас покушавају да се рекреирају у земаљским условима. У те сврхе, експерименти се изводе на електронским сударима, кроз које се елементарне честице убрзавају до брзине светлости. Први експерименти омогућили су да се у лабораторијским условима добије кварк-глуонска плазма - материја, која је постојала у зору формирања Универзума. Такви експерименти сугеришу да је црна рупа на Земљи питање времена. Друга ствар је да ли ће се такво достигнуће људске науке претворити у катастрофу за нас и за нашу планету. Стварајући вештачки црну рупу, можемо отворити Пандорину кутију.
Недавна запажања других галаксија омогућила су научницима да открију црне рупе, чија величина превазилази сва могућа очекивања и претпоставке. Еволуција која се јавља са таквим објектима омогућава нам да боље разумемо како маса црних рупа расте, каква је њена стварна граница. Научници су закључили да су све познате црне рупе нарасле до своје реалне величине у року од 13-14 милијарди година. Разлика у величини је због густине околног простора. Ако црна рупа има довољно хране у близини гравитације, она расте као квасац, достижући масу од стотине и хиљаде соларних маса. Отуда и гигантске димензије таквих објеката који се налазе у центру галаксија. Масивна група звезда, огромне масе међузвезданог гаса обилују храном за раст. Када се галаксије стапају, црне рупе се могу спојити и формирати нови супермасивни објект.
Судећи по анализи еволутивних процеса, уобичајено је разликовати две класе црних рупа:
- објекти са масом 10 пута већом од соларне масе;
- масивни објекти, чија је маса стотине хиљада, милијарде соларних маса.
Постоје црне рупе са просечном средњом масом од 100-10 хиљада пута масе Сунца, али њихова природа је још увек непозната. Постоји приближно један такав објекат по галаксији. Проучавање рендгенских звезда омогућило је да се у галаксији М82 одједном пронађу две црне рупе средње величине на растојању од 12 милиона светлосних година. Маса једног објекта варира у распону од 200-800 соларних маса. Други објекат је много већи и има масу од 10-40 хиљада соларних маса. Судбина таквих објеката је занимљива. Налазе се у близини звезданих јата, постепено се привлачећи супермасивној црној рупи која се налази у централном делу галаксије.
Наша планета и црне рупе
Упркос потрази за трагом о природи црних рупа, научни свет је забринут због места и улоге црне рупе у судбини галаксије Млечни пут, а посебно у судбини планете Земље. Преклоп времена и простора који постоји у центру Млечног пута постепено апсорбује све објекте који постоје. Милиони звезда и трилиона тона међузвјезданог гаса већ су апсорбовани у црну рупу. Временом, линија ће стићи до кракова Цигнуса и Стрелца, у којима се налази Сунчев систем, путујући на удаљености од 27 хиљада светлосних година.
Друга, у близини, супермасивна црна рупа налази се у централном дијелу галаксије Андромеда. Од нас је удаљено око 2,5 милиона светлосних година. Вероватно, док наш објекат Стрелац А * не прогута сопствену галаксију, треба очекивати спајање две суседне галаксије. Сходно томе, доћи ће до спајања две супермасивне црне рупе у једну цјелину, ужасну и чудовишну величину.
Потпуно другачија ствар - мале црне рупе. Да би апсорбовали планету Земљу, прилично је црна рупа у радијусу од неколико центиметара. Проблем је што је, по природи, црна рупа потпуно безличан објект. Никакво зрачење или зрачење не проистиче из његове материце, стога је прилично тешко приметити такав мистериозни објекат. Само на блиском домету можемо детектовати закривљеност позадинског светла, што указује да постоји рупа у простору у овом региону Универзума.
До данас, научници су открили да је црна рупа најближа Земљи В616 Моноцеротис објект. Чудовиште се налази 3000 светлосних година од нашег система. По величини, ово је велика формација, маса је 9-13 соларних маса. Још један блиски објекат који угрожава наш свет је црна рупа Гигнус Кс-1. Са овим чудовиштем раздвојени смо са удаљености од 6000 светлосних година. Црне рупе откривене у нашем сусједству су дио бинарног система, тј. постоје у непосредној близини звезде која храни незаситни објекат.
Закључак
Постојање у простору таквих мистериозних и мистериозних објеката као црне рупе, наравно, приморава нас да будемо на стражару. Међутим, све што се дешава са црним рупама догађа се врло ријетко, ако узмемо у обзир старост Универзума и велике удаљености. За 4,5 милијарди година, Сунчев систем је у стању мировања, постојећи према законима који су нам познати. Током овог времена, ништа од те врсте се није појавило, нити је простор изобличен или наборима времена близу Сунчевог система. Вероватно нема одговарајућих услова за то. Део Млечног пута, у коме се налази Сунчев систем звезда, је миран и стабилан део простора.
Научници претпостављају идеју да појава црних рупа није случајна. Такви објекти у Универзуму обављају улогу ортака који уништавају вишак космичких тела. Што се тиче судбине самих чудовишта, њихова еволуција још није у потпуности схваћена. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
