Черные дыры

1.

2.

По современным
представлениям,
массивные звезды, с
массой в несколько раз
больше массы Солнца,
заканчивая свою
эволюцию, могут в
конце концов сжаться
(сколлапсировать) и
превратиться в
Нейтронную звезду или
в Черную дыру.

3.

4.

5.

Чёрные дыры были предсказаны в 1916 году Карлом Шварцшильдом, а
сам термин "черная дыра" появился совсем недавно. Его ввел в обиход в
1969 г. американский ученый Джон Уилер.
До этого их называли "коллапсар" или "застывшая звезда”.

6.

7.

В 1784-м году английский священник и
естествоиспытатель Джон Мичелл впервые упомянул
в письме Королевскому обществу некое
гипотетическое массивное тело, которое имеет
настолько сильное гравитационное притяжение, что
вторая космическая скорость для него будет
превышать скорость света. Вторая космическая
скорость – это скорость, которая потребуется
относительно малому объекту, чтобы преодолеть
гравитационное притяжение небесного тела и выйти
за пределы замкнутой орбиты вокруг этого тела

8.

Согласно его расчетам, тело с плотностью Солнца и с
радиусом в 500 солнечных радиусов будет иметь на
своей поверхности вторую космическую скорость
равную скорости света. В таком случае даже свет не
будет покидать поверхность такого тела, а потому
данное тело будет лишь поглощать поступающий свет
и останется незаметным для наблюдателя – неким
черным пятном на фоне темного космоса.

9.

10.

Рождение: возникновение в результате гравитационного
коллапса звезды с достаточной массой. Таким сжатием
может заканчиваться эволюция звезд с массой более трех
масс Солнца. По завершению термоядерных реакций
внутри таких звезд они начинают ускоренно сжиматься в
сверхплотную нейтронную звезду. Если давление газа
нейтронной звезды не может компенсировать
гравитационные силы, то есть масса звезды
преодолевает т.н. предел Оппенгеймера — Волкова, то
коллапс продолжается, в результате чего материя
сжимается в черную дыруыру.

11.

12.

Ближайшая черная дыра, а вернее кандидат на роль ЧД –
объект A0620-00 (V616 Единорога), который расположен на
расстоянии 3000 световых лет от Солнца (в нашей
галактике). Он состоит из двух компонент: звезды главной
последовательности с массой в половину солнечной массы,
а также невидимого тела малых размеров, масса которого
составляет 3 – 5 масс Солнца. Если данный объект окажется
небольшой черной дырой звездной массы,
то по праву стане ближайшей ЧД.

13.

Рождение :сжатие протогалактического газа, то есть
межзвездного газа, находящегося на стадии
превращения в галактику или какое-то скопление. В
случае недостаточного внутреннего давления для
компенсации тех же гравитационных сил может
возникнуть черная дыра.
Возникновение ЧД в результате Большого взрыва – т.н.
первичные черные дыры.
Возникновение в результате протекания ядерных
реакций при высоких энергиях. Пример таких реакций
– эксперименты на коллайдерах

14.

Состав черной дыры: сингулярность и горизонт событий черной
дыры. Кратко говоря о сингулярности, можно отметить, что через нее
невозможно провести прямую линию, а также, что внутри нее
большинство существующих физических теорий не работают. Таким
образом, физика сингулярности на сегодня остается загадкой для
ученых. Горизонт событий черной дыры – это некая граница,
пересекая которую, физический объект теряет возможность
вернуться обратно за ее пределы и однозначно «упадет» в
сингулярность черной дыр
Самая большая черная дыра во Вселенной,
которую ученым удалось обнаружить –
сверхмассивная черная дыра, FSRQ блазар, в
центре галактики S5 0014+81, на расстоянии
1.2·1010 световых лет от Земли.

15.

Наличие у дыры эргосферы.
Эргосфера – некая область,
находящаяся снаружи
горизонта событий, внутри
которой все тела движутся
по направлению вращения
черной дыры. Данную
область еще не является
захватывающей и ее
возможно покинуть, в
отличие от горизонта
событий. Эргосфера,
вероятно, является неким
аналогом аккреционного
диска, представляющего
вращающееся вещество
вокруг массивных тел.

16.

нижний предел массы ЧД составляет 2.5 – 3 массы
Солнца. Самая тяжелая черная дыра, которую
удалось обнаружить (в галактике NGC 4889) имеет
массу 21 млрд масс Солнца. Однако, не стоит
забывать и о ЧД, гипотетически возникающих в
результате ядерных реакций при высоких энергиях, 2 х
10-5 г

17.

Минимальный радиус ЧД можно вычислить из
минимальной масса (2.5 – 3 массы Солнца). Если
гравитационный радиус Солнца, то есть область, где
находился бы горизонт событий, составляет около 2,95 км,
то минимальный радиус ЧД 3-х солнечных масс будет
около девяти километров.. 10-35 м.
черная дыра поглощает все падающее на нее излучение и
совсем не излучает,

18.

Средняя плотность черной дыры зависит от двух параметров: массы и
радиуса. Плотность черной дыры с массой порядка трех масс Солнца
составляет около 6 ·1026 кг/м³, тогда как плотность воды 1000 кг/м³.
Однако, столь малые черные дыры не были найдены учеными.
Большинство обнаруженных ЧД имеют массу более 105 масс Солнца.
Существует интересная закономерность, согласно которой чем массивнее
черная дыра, тем меньше ее плотность. При этом изменение массы на 11
порядков влечет изменение плотность на 22 порядка. Таким образом
черная дыра массой 1 ·109 солнечных масс имеет плотность 18.5 кг/м³, что
на единицу меньше плотности золота. А ЧД массой более 1010 масс
Солнца могут иметь среднюю плотность меньше плотности воздуха. Исходя
из этих расчетов логично предположить, что образование черной дыры
происходит не по причине сжатия вещества, а в результате накопление
большого количества материи в некотором объеме. В случае с квантовыми
ЧД, их плотность может составлять около 1094 кг/м³

19.

Температура дыры с массой порядка массы Солнца
– пренебрежительно мала (1 ·10-7К или -272°C).
Температура же квантовых черных дыр может
достигать порядка 1012 К и при их скором испарении
(около 1.5 мин.) такие ЧД могут испускать энергию
порядка десяти миллионов атомных бомб.

20.

Черная дыра может состоять из нейтронов. Если
следовать сценарию возникновения ЧД в следствие
сжатия звезды до нейтронной звезды с последующим ее
сжатием, то, вероятно, основная часть черной дыры
состоит из нейтронов, из которых состоит и сама
нейтронная звезда. Простыми словами: при коллапсе
звезды ее атомы сжимаются таким образом, что
электроны соединяются с протонами, тем самым образуя
нейтроны. Подобная реакция действительно имеет место
в природе, при этом с образованием нейтрона
происходит излучение нейтрино.

21.

Падение в астрофизическую черную дыру приводит к растяжению
тела. Рассмотрим гипотетического космонавта-смертника, который
направился в черную дыру в одном лишь скафандре ногами
вперед. Пересекая горизонт событий, космонавт не заметит
никаких изменений, несмотря на то, что выбраться обратно у него
уже нет возможности. В некоторый момент космонавт достигнет
точки (немного позади горизонта событий), в которой начнет
происходить деформация его тела. Так как гравитационное поле
черной дыры неоднородно и представлено возрастающим по
направлению к центру градиентом силы, то ноги космонавта
подвергнутся заметно большему гравитационному воздействию,
чем, например, голова. Тогда за счет гравитации, вернее –
приливных сил, ноги будут «падать» быстрее. Таким образом тело
начинает постепенно вытягиваться в длину.

22.

Еще в 1935-м году Альберт Эйнштейн и Натан Розен с
учетом общей теории относительности выдвинули
гипотезу о существовании так называемых кротовых нор,
соединяющий две точки пространства-времени путем в
местах значительного искривления последнего – мост
Эйнштейна-Розена или червоточина. Для столь мощного
искривления пространства потребуются тела с
гигантской массой, с ролью которых отлично справились
бы черные дыры.
Проходимая кротовая дыра возможно в рамках теории
черных и белых дыр. Где белая дыра является выходом
информации, попавшей в черную дыру.

23.

КЛАССИФИКЦИЯ ЧЕРНЫХ ДЫР:
1.Черная дыра звездной массы. Такие объекты образуются в
результате коллапса звезды. Как уже упоминалось ранее,
минимальная масса тела, способного образовать такую черную дыру
составляет 2.5 – 3 солнечных масс.
2.Черные дыры средней массы. Условный промежуточный тип
черных дыр, которые увеличились за счет поглощения близлежащих
объектов, вроде скопления газа, соседней звезды (в системах двух
звезд) и других космических тел.
3.Сверхмассивная черная дыра. Компактные объекты с 105—1010
масс Солнца. Отличительными свойствами таких ЧД является
парадоксально невысокая плотность, а также слабые приливные
силы, о которых говорилось ранее. Именно такая сверхмассивная
черная дыра в центре нашей галактики Млечного пути (Стрелец А*,
Sgr A*), а также большинстве других галактик.

24.

Для описания подобного явления астрофизики
придумали довольно креативный термин –
спагеттификация. Дальнейшее растяжение тела,
вероятно, разложит его на атомы, которые, рано или
поздно достигнут сингулярности. О том, что будет
чувствовать человек в данной ситуации – остается только
гадать. Стоит отметить, что эффект растяжения тела
обратно пропорционален массе черной дыры. То есть
если ЧД с массой трех Солнц мгновенно
растянет/разорвет тело, то сверхмассивная черная дыра
будет иметь меньшие приливные силы и, есть
предположения, что некоторые физические материалы
могли бы «стерпеть» подобную деформацию, не потеряв
свою структуру.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

Черной дырой
Горизонт событий
это граница области
за
которую
не
выходит свет.
Скорость тел на горизонте
событий имеют одну и
туже скорость.
называется
область
пространства-времени,
в
которой
гравитационное
поле столь
сильно,
что ни один объект (даже
свет) не может вырваться из
нее.

45.

Эргосфера пространство между
горизонтом событий и
пределом статичности.
Черная дыра .
Предел статичности внешняя граница
области в которой все
тела и частицы
увлекаются в движение
вокруг черной дыры.

46.

Силовые линии
гравитационного поля
черной дыры
Горизонт событий
Черная дыра –
космический объект,
возникший в результате
сжатия массивной
потухшей звезды
гравитационными
силами до размеров
меньших ее
гравитационного
радиуса.
Геометрическое представления черной дыры.

47.

48.

Если тело,
образовавшее Черную
дыру, вращалось, то
вокруг Черной дыры
сохраняется «вихревое»
гравитационное поле,
увлекающее все тела
вблизи Черной дыры во
вращательное движение
вокруг неё.
“”Вихрь”
Чем ближе к черной дыре, тем больше скорость кругового движения.

49.

Если Черная дыра
возникает при сжатии
невращающегося
незаряженного тела, то её
внешнее поле тяготения
оказывается строго
сферическим.
“Пылесос”

50.

51.

Особый интерес представляет возможность гравитационного захвата
тел Черной дырой.
1. Если скорость тела вдали от Черной дыры много
меньше световой и траектория его движения подходит
близко к окружности с
, R 2rg
то тело совершит много оборотов вокруг Черной
дыры, прежде чем снова улетит в космос.
2. Если тело подойдет вплотную к указанной
окружности, то его орбита будет неограниченно
навиваться на окружность. Тело окажется
гравитационно захваченным Черной дырой и никогда
снова не улетит в космос.
3. Если тело подлетит ещё ближе к Черной дыре, то
после нескольких оборотов или даже не успев сделать
ни одного оборота, оно упадет в Черную дыру.
R 2rg

52.

53.

Образование черных дыр (образование Галактик).

54.

Поле тяготения Черной
дыры искривляет
траектории лучей света.
Чем ближе к Ч. д.
траектории, тем сильнее
они искривлены.
Линии наблюдения
Траектория лучей света
испущенных на
различных расстояниях
от Черной дыры.

55.

Черная дыра может терять
энергию, за счет того, что в
эргосфере могут протекать
квантовые процессы рождения
частиц, т. е. образуются фотоны,
нейтрино, гравитоны.
Рождённые частицы, улетая из
эргосферы, уносят энергию
Черной дыры.

56.

Из чего состоит сама черная дыра: из газа или плазмы, вещества или
антивещества?
На этот вопрос никто не знает ответа!

57.

Чёрные дыры характеризуются тремя
параметрами:
•массой (M),
•моментом вращения (L),
• электрическим зарядом (Q).
Все они складываются из
соответствующих
характеристик упавших в неё
тел и излучения.

58.

По ту сторону чёрных дыр, как
полагают некоторые астрофизики,
расположены объекты не менее
загадочные: „белые дыры“. Если
чёрные дыры без устали
поглощают материю, белые дыры
неустанно порождают её. Одни
пожирают целые миры, другие
порождают новые миры .
Предположительно Белая
дыра имеет такой вид.

59.

Кротовая нора

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

Одним из интереснейших явлений в астрофизике является столкновение
черных дыр, которое также позволяет обнаруживать такие массивные
астрономические тела.
гравитационных волн – это такие изменения гравитационного поля,
которые распространяются волнообразным образом от массивных
движущихся объектов. Когда два таких объекта сближаются – они
начинают вращаться вокруг общего центра тяжести. По мере их
сближения, их вращение вокруг собственной оси возрастает. Подобные
переменные колебания гравитационного поля в некоторый момент могут
образовать одну мощную гравитационную волну, которая способна
распространиться в космосе на миллионы световых лет. Так на
расстоянии 1,3 млрд световых лет произошло столкновение двух черных
дыр, образовавшее мощную гравитационную волну, которая дошла до
Земли 14 сентября 2015 года и была зафиксирована

72.

Как умирают черные дыры:
в вакууме существуют так называемые виртуальные частицы, которые
постоянно попарно рождаются и аннигилируют друг с другом, при этом не
взаимодействуя с окружающим миром. Но если подобные пары возникнут
на горизонте событий черной дыры, то сильная гравитация гипотетически
способна их разделить, при этом одна частица упадет внутрь ЧД, а другая
отправится по направлению от черной дыры. И так как улетевшая от дыры
частица может быть наблюдаема, а значит обладает положительной
энергий, то упавшая в дыру частица должна обладать отрицательной
энергий. Таким образом черная дыра будет терять свою энергию и будет
иметь место эффект, который называется – испарение черной дыры.

73.

74.

с уменьшением ее массы ее излучение становится все
интенсивнее. Тогда на завершающем этапе
существования ЧД, когда она, возможно, уменьшится до
размеров квантовой черной дыры, она выделит огромное
количество энергии в виде излучения, что может быть
эквивалентно тысячам или даже миллионам атомных
бомб. Данное событие несколько напоминает взрыв
черной дыры, словно той же бомбы. Согласно подсчетам,
в результате Большого взрыва могли зародиться
первичные черные дыры, и те из них, масса которых
порядка 1012 кг, должны были бы испариться и взорваться
примерно в наше время.

75.

поглощаемая информация не пропадает, а просто
выбрасывается в другую Вселенную- в белую дыру.
Плотность ЧД может быть меньше плотности воздуха, а
температура близкая к абсолютному нулю. Из этого можно
предположить, что образование черной дыры происходит не по
причине сжатия вещества, а в результате накопление большого
количества материи в некотором объеме.

76.

Черная дыра — это не вещество и не излучение. С
некоторой долей образности можно сказать, что это
самоподдерживающееся гравитационное поле,
сконцентрированное в сильно искривленной области
пространства-времени. Ее внешняя граница задается
замкнутой поверхностью, горизонтом событий. Если звезда
перед коллапсом не вращалась, эта поверхность
оказывается правильной сферой,

77.

Есть ли излучение у черной дыры…
Виртуальные частицы всегда рождаются парами, которые
движутся в противоположных направлениях (этого требует
закон сохранения импульса). Если гравитационная
флуктуация извлечет из вакуума пару частиц, может
случиться так, что одна из них материализуется снаружи
горизонта, а вторая (античастица первой) — внутри.
«Внутренняя» частица провалится в дыру, а вот «внешняя»
при благоприятных условиях может уйти. В результате
дыра превращается в источник излучения и поэтому теряет
энергию и, следовательно, массу. Поэтому черные дыры в
принципе не стабильны.

78.

Если звезда подойдет слишком близко к черной дыре,
она будет «растянута» приливными гравитационными
силами, а затем буквально разорвана. Большая часть
вещества звезды сможет «убежать», но некоторая часть
будет захвачена, образуя вокруг дыры вращающийся
диск. Рентгеновское излучение испускается веществом
диска за счет разогревания газа при падении в черную
дыру

79.

80.

Белая дыра — гипотетический физический объект во Вселенной,
в область которого ничто не может войти. Белая дыра является
временно́й противоположностью черной дыры и
предсказывается теми же уравнениями общей теории
относительности.
Предполагается, что белые дыры могут образовываться при
выходе из-за горизонта событий вещества черной дыры,
находящейся в обратном направлении термодинамической
стрелы времени.
При этом полная карта пространства-времени содержит как
черную, так и белую дыры, а отдельного образования только
«чистой» черной или только «чистой» белой дыры на полной
карте пространства-времени не может быть в принципе.

81.

Впервые о белых дырах заговорили астрофизики из
Израиля — Шломо Хеллер и Алан Реттер заявили, что
источником непонятной вспышки гамма-излучения, которой
присвоили номер GRB060614, послужила белая дыра.
Вспышку зарегистрировали в 2006 году. Ученые
утверждают, что гамма-излучение такого вида происходит в
процессе рождения черных дыр и делится на два типа.
Длинные вспышки длятся около 2 секунд и случаются в
результате превращения массивных звезд в черные дыры и
короткие, меньше секунды, они случаются после
столкновения двух нейтронных звезд.

82.

83.

Впервые о белых дырах заговорили астрофизики из
Израиля — Шломо Хеллер и Алан Реттер заявили, что
источником непонятной вспышки гамма-излучения,
которой присвоили номер GRB060614, послужила белая
дыра.
Вспышку зарегистрировали в 2006 году. Ученые
утверждают, что гамма-излучение такого вида происходит
в процессе рождения черных дыр и делится на два типа.
Длинные вспышки длятся около 2 секунд и случаются в
результате превращения массивных звезд в черные
дыры и короткие, меньше секунды, они случаются после
столкновения двух нейтронных звезд.

84.

Аномальный всплеск GRB 060614 стал необычным
явлением, потому что вспышка длилась более 100 секунд,
но никакой черной дыры там не образовалось.
Ученые утверждают, что если предположить о
существовании белых дыр, то тогда можно представить,
что произошел выброс вещества из черной дыры, которое
находилось за горизонтом событий. Произошло явление,
обратное процессу, происходящему внутри черной дыры,
притягивающей все к себе в результате невероятно
мощных гравитационных сил.

85.

Представьте себе сферу такой чудовищной массы, что с ее поверхности
можно оторваться только со скоростью света. Это черная дыра. Ее радиус
называют гравитационным. Если все вещество Солнца уплотнить в сферу
радиусом три километра, оно превратится в черную дыру.
Гравитационный радиус называют также горизонтом событий. Если за
него, внутрь сферы, попадет какой-то объект, допустим, космический
корабль или кусок звездной материи, то назад он уже не вернется.
Огромные гравитационные силы затянут его в черную дыру и там
разорвут на элементарные частицы.
Из черной дыры атомы попадают в белую дыру и мгновенно вылетают из
нее, но уже в другой Вселенной. Причем вылетают из будущего в
прошлое. Белая дыра — это обращенная во времени черная дыра.
Белые дыры нестабильны. По мере образования в них материи
гравитационные силы растут и в какой-то момент схлопывают объект,
превращая его в черную дыру.
Возможно, все белые дыры, образовались сразу после Большого Взрыва.

86.

Израильские астрономы Алон Реттер и Шломо Хеллер
предполагают, что аномальный гамма-всплеск GRB 060614,
который произошёл в 2006 году, был белой дырой. Алон
Реттер считает, что белые дыры, возникнув, сразу
распадаются, процесс напоминает Большой Взрыв Реттер с
коллегами назвали его «Малый Взрыв».

87.

Одна из причин, по которой
белые дыры считаются
нереальными, заключается в
том, что они должны уменьшать
энтропию — рассеивание
энергии. Белая дыра
теоретически испускает в
пространство большое
количество энергии, то есть
уменьшает энтропию. Это
противоречит второму закону
термодинамики, согласно
которому энтропия системы
остается либо постоянной, либо
растет. Получается, белые дыры
не вписываются в текущую
модель Вселенной.
Белые дыры — это те самые
другие отверстия горловины, из
которых может «вынырнуть»
наблюдатель. То есть в белую
дыру нельзя упасть, из нее
можно только вылететь

88.

белые дыры могут возникнуть как результат смерти черных
дыр.
вращающаяся сфера чудовищной массы со скоплениями
колец пыли и газа вокруг горизонта событий — границы,
отделяющей объект от остальной части Вселенной.