Een superzwaar lichaam van vier miljoen zonsmassa's is ontdekt nabij het centrum van onze Melkweg. Toegegeven, het is onzichtbaar, onhoorbaar en ongrijpbaar.
Vinger naar de lucht?
Een groep Duitse natuurkundigen van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica heeft onlangs een sensationele verklaring afgelegd: ze hebben bewijs verkregen dat er een zwart gat in onze Melkweg is.
- Al ongeveer twintig jaar observeren we de beweging van enkele tientallen sterren nabij het centrum van de Melkweg, gelegen op een afstand van 27 duizend lichtjaar van de zon, zegt het hoofd van de groep, Reinhard Hansel. - De banen van deze sterren geven aan dat de concentratie van massa in het centrum zonder twijfel een zwart gat is.
Is dit een bedreiging voor onze Melkweg? Zal het ruimtemonster de aarde opeten?
Het bleek dat er tot nu toe geen antwoorden op deze vragen zijn. Volgens de directeur van het State Astronomical Institute. PK Sternberg Moscow State University Corresponderend lid van de Russische Academie van Wetenschappen Anatoly Cherepashchuk, gezien de banen, kan een zwart gat niet worden berekend.
- Om te bewijzen dat het lichaam in het centrum van onze Melkweg een zwart gat is, moet je twee dingen doen, - legde de wetenschapper uit aan verslaggevers. - Laat eerst experimenteel zien dat de straal van dit lichaam gelijk is aan de zogenaamde zwaartekrachtstraal voor een zwart gat met een bepaalde massa (en voor een zwart lichaam van vier miljoen zonsmassa's is deze gelijk aan ongeveer zeven zonnestralen). En ten tweede om te bewijzen dat dit lichaam geen vast oppervlak heeft, maar in plaats daarvan een waarnemingshorizon.
Promotie video:
Volgens Cherepashchuk zijn beide taken in principe haalbaar, en hij hoopt dat wetenschappers over 20 jaar zeker kunnen zeggen of het een zwart gat is of niet.
Over het algemeen wordt de vraag: om wel of niet onze Melkweg te zijn, twee decennia uitgesteld. Laten we ondertussen dit monster beter leren kennen.
De meest slechte plek
Er is geen mysterieuzer en beangstigend object in de ruimte dan een zwart gat. Eén zin wekt al onverklaarbare angst op: het schetst het beeld van een allesverslindende afgrond. Voor haar zijn niet alleen gewone mensen onder de indruk, maar ook astrofysici zijn onder de indruk. “Van alle creaties van de menselijke geest, van mythologische eenhoorns en draken tot de waterstofbom, is misschien wel het meest fantastische het zwarte gat. Een gat in de ruimte met heel specifieke randen, waar alles in kan vallen en waar niets uit kan komen. Een gat waarin de zwaartekracht zo groot is dat zelfs licht wordt opgevangen en in deze val wordt vastgehouden. Een gat dat de ruimte buigt en de tijd vervormt. Net als eenhoorns en draken lijken zwarte gaten eerder attributen van sciencefiction of oude mythen dan echte objecten. Het bestaan van zwarte gaten volgt echter onvermijdelijk uit natuurkundige wetten. Alleen al in onze Melkweg zijn er misschien wel miljoenen”, zegt Kip Stephen Thorn, een beroemde wetenschapper, hoofd van de afdeling van het California Institute of Technology (VS), een lid van de Amerikaanse National Academy of Sciences, een lid van de Wetenschappelijke Raad van NASA, over zwarte gaten.
Naast hun fantastische kracht hebben zwarte gaten een verbazingwekkend vermogen om ruimte en tijd in zichzelf te veranderen. Ze draaien eerst in een soort trechter, en nadat ze een bepaalde grens in de diepte van het gat zijn overgestoken, vervallen ze tot quanta. Binnen in het zwarte gat, voorbij de rand van deze eigenaardige zwaartekracht-afgrond, vanwaar er geen uitgang is, stromen verbazingwekkende fysieke processen, nieuwe natuurwetten worden gemanifesteerd.
Volgens veel experts zijn zwarte gaten de grootste energiebronnen in het heelal. We zien ze waarschijnlijk in verre quasars, in exploderende galactische kernen. Aangenomen wordt dat zwarte gaten in de toekomst energiebronnen voor de mensheid zullen worden.
Het einde van de wereld is hier
Hoe ontstaan zwarte gaten? Volgens astrofysici ontstaan de meeste van hen na de dood van grote sterren. Als de massa van een ster twee keer zo groot is als die van de zon, dan kan de ster tegen het einde van zijn leven exploderen als een supernova. Maar als de massa van de substantie die overblijft na de explosie nog steeds groter is dan twee zonsmassa's, dan zou de ster moeten instorten tot een klein dicht lichaam, aangezien zwaartekracht elke interne weerstand tegen compressie volledig onderdrukt. Wetenschappers geloven dat het op dit moment is dat een catastrofale ineenstorting van de zwaartekracht leidt tot het ontstaan van een zwart gat. Ze geloven dat met het einde van thermonucleaire reacties de ster niet langer in een stabiele toestand kan zijn. Dan is er voor een massieve ster maar één onvermijdelijk pad - het pad van universele en volledige samentrekking, dat het verandert in een onzichtbaar zwart gat.
Waarom zijn ze onzichtbaar?
- De naam "zwarte gaten" suggereert dat dit een klasse van objecten is die niet kunnen worden gezien, - legt het hoofd van de afdeling radioastronomie van het State Astronomical Institute uit, genoemd naar Sternberg, kandidaat voor fysische en wiskundige wetenschappen Valentin Esipov. - Hun zwaartekrachtveld is zo sterk dat als het op de een of andere manier mogelijk zou zijn om in de buurt van het zwarte gat te komen en de straal van het krachtigste zoeklicht weg van het oppervlak te richten, dit zoeklicht zelfs niet te zien was op een afstand die niet groter was dan de afstand van de aarde tot de zon.
Zelfs als we al het licht van de zon in dit krachtige zoeklicht zouden kunnen concentreren, zouden we het niet zien, aangezien het licht de invloed van het zwaartekrachtveld van het zwarte gat erop niet zou kunnen overwinnen en het oppervlak zou verlaten. Daarom wordt zo'n oppervlak de absolute waarnemingshorizon genoemd. Het vertegenwoordigt de rand van een zwart gat. En wat verstopt zich daar, in het buitenland?
Laten we naar de hel lopen
De meest interessante beschrijving van het "interieur" van een zwart gat is van de reeds genoemde Amerikaanse natuurkundige en astronoom Kip Stephen Thorne. 'Stel je voor dat je de kapitein bent van een groot ruimteschip van sterrenklasse. stelt de wetenschapper voor in zijn boek "Reizen tussen zwarte gaten". - In opdracht van de Geographical Society moet je verschillende zwarte gaten onderzoeken die zich op grote afstand van elkaar in de interstellaire ruimte bevinden, en een beschrijving van je waarnemingen naar de aarde sturen met behulp van radiosignalen.
Na 4 jaar en 8 maanden onderweg te zijn geweest, vertraagt je schip in de buurt van het dichtstbijzijnde zwarte gat naar de aarde, genaamd Hades (hel) en gelegen nabij de ster Vega. De aanwezigheid van een zwart gat is merkbaar op het tv-scherm: waterstofatomen verspreid in de interstellaire ruimte worden naar binnen getrokken door het zwaartekrachtveld. Overal zie je ze bewegen, langzaam weg van het gat en steeds sneller naarmate je er dichterbij komt. Dit is vergelijkbaar met de val van water in Niagara Falls, behalve dat atomen niet alleen vanuit het oosten vallen, maar ook vanuit het westen, noorden, zuiden, van boven en van onderen - van overal. Als je niets doet, word jij ook naar binnen getrokken.
Je moet dus met de grootste zorg het ruimteschip overbrengen van het traject van vrije val naar een cirkelvormige baan rond het zwarte gat (vergelijkbaar met de banen van kunstmatige satellieten die in een baan om de aarde draaien), zodat de middelpuntvliedende kracht van je orbitale beweging de zwaartekracht van het zwarte gat compenseert. In een veilig gevoel zet je de scheepsmotoren aan en bereid je je voor om het zwarte gat te bestuderen.
Allereerst observeer je door telescopen elektromagnetische straling die wordt uitgezonden door vallende waterstofatomen. Ver van het zwarte gat zijn ze zo koud dat ze alleen radiogolven uitzenden. Maar dichter bij het gat, waar de atomen sneller vallen, botsen ze van tijd tot tijd, verhitten tot enkele duizenden graden en beginnen ze licht uit te stralen. Nog dichter bij het zwarte gat, veel sneller bewegend, worden ze door botsingen tot enkele miljoenen graden warm en zenden ze röntgenstralen uit.
Terwijl je je telescopen "naar binnen" richt en het zwarte gat blijft naderen, zul je gammastralen "zien" die worden uitgezonden door waterstofatomen die tot nog hogere temperaturen worden verhit. Eindelijk, in het centrum, vind je de donkere schijf van het zwarte gat zelf.
De volgende stap is om zorgvuldig de lengte van de baan van het schip te meten. Dit is ongeveer 1 miljoen km, oftewel de halve lengte van de baan van de maan rond de aarde. Dan kijk je naar de verre sterren en zie je ze bewegen zoals jij. Als je hun schijnbare beweging observeert, ontdek je dat je 5 minuten nodig hebt. 46 s om één omwenteling rond het zwarte gat te maken. Dit is je "omlooptijd".
Als je de revolutieperiode en de lengte van zijn baan kent, kun je de massa van het zwarte gat Hades (hel) berekenen. Het wordt 10 keer zo zonnig. Dit is in feite de totale massa die zich gedurende zijn geschiedenis in het zwarte gat heeft verzameld en omvat de massa van de ster, als gevolg van de ineenstorting waarvan ongeveer 2 miljard jaar geleden het zwarte gat werd gevormd, de massa van alle interstellaire waterstof die erin is getrokken sinds zijn geboorte, en ook de massa van alle asteroïden en verloren sterrenschepen die erop vielen.
Het meest interessante zijn de eigenschappen van het oppervlak, of horizon - de grens, waardoor alles wat in het gat valt niet meer kan terugkeren. Grenzen die voorkomen dat een ruimteschip en zelfs elke vorm van straling naar buiten komt: radiogolven, licht, röntgenstralen of gammastralen …
Hoewel je al zijn eigenschappen van buitenaf kunt berekenen op basis van de massa en het impulsmoment van een zwart gat, kun je niets weten over het inwendige ervan. Het kan een ongeordende structuur hebben en zeer asymmetrisch zijn. Dit alles hangt af van de details van de ineenstorting die het zwarte gat heeft gevormd, evenals van de kenmerken van de daaropvolgende intrekking van interstellaire waterstof, dus de diameter van het gat kan eenvoudigweg niet worden berekend.
Met deze resultaten kun je de omgeving van de horizon van het zwarte gat verkennen …
Na afscheid te hebben genomen van het team, klim je in het afdalingsvoertuig en verlaat je het schip, eerst in dezelfde cirkelbaan blijven, vervolgt de natuurkundige Thorn. - Dan, door de raketmotor aan te zetten, rem lichtjes om je orbitale beweging te vertragen. In dit geval begin je dichter bij de horizon te spiraalsgewijs en beweeg je van de ene cirkelbaan naar de andere. Je doel is om in een cirkelvormige baan te komen met een omtrek die iets langer is dan de horizon. Terwijl je in een spiraal beweegt, neemt de lengte van je baan geleidelijk af - van 1 miljoen km tot 500 duizend, dan tot 100 duizend, 90 duizend, 80 duizend. En dan begint er iets vreemds te gebeuren.
Omdat je in een staat van gewichtloosheid verkeert, zweef je in je apparaat, laten we zeggen, met je voeten - naar een zwart gat, en je hoofd - naar de baan van je schip en de sterren. Maar geleidelijk begin je te voelen dat iemand je benen op en neer trekt - bij het hoofd. Je realiseert je dat de reden de aantrekkingskracht van het zwarte gat is: de benen staan dichter bij het gat dan het hoofd, dus worden ze sterker aangetrokken. Hetzelfde is natuurlijk waar op aarde, maar het verschil in de aantrekkingskracht van de benen en het hoofd daar is te verwaarlozen, dus niemand merkt het op. Bewegend in een baan 80 duizend km lang boven het zwarte gat, voel je dit verschil vrij duidelijk - het verschil in aantrekkingskracht zal 1/8 van de zwaartekracht van de aarde (1/8 g) zijn. De middelpuntvliedende kracht die wordt gegenereerd door je beweging in een baan compenseert de aantrekkingskracht van het gat in het middelpunt van je lichaam, waardoor je vrij kunt zweven zonder zwaartekracht.maar uw benen zullen worden beïnvloed door een overmaat van 1/16 g, terwijl uw hoofd daarentegen zwak zal aantrekken, en de middelpuntvliedende kracht zal het met precies dezelfde extra versnelling van -1/16 g omhoog trekken.
Enigszins verbaasd ga je verder langs de spiraalvormige spiraal, maar de verrassing maakt al snel plaats voor bezorgdheid: naarmate de omvang van de baan afneemt, zullen de krachten die je uitrekken steeds sneller toenemen. Met een orbitale lengte van 64 duizend km zal het verschil 1/4 g zijn, met 51 duizend km -1/2 g en met 40 duizend km zal het het volle gewicht van de aarde bereiken. Je tanden op elkaar knarsen van inspanning, blijf je in een spiraal bewegen. Met een omlooplengte van 25 duizend km is de trekkracht 4 d, d.w.z. vier keer je gewicht onder aardse omstandigheden, en op 16 duizend km -16 g. Je kunt niet meer rechtop staan. Dit probleem probeer je op te lossen door je op te krullen tot een bal en je benen naar je hoofd te trekken, waardoor het verschil in kracht kleiner wordt. Maar ze zijn al zo groot dat je niet kunt buigen - ze zullen weer verticaal worden verlengd (in de richting radiaal ten opzichte van het zwarte gat).
Wat u ook doet, niets helpt. En als de spiraalvormige beweging doorgaat, zal je lichaam het niet verdragen - het zal uit elkaar worden gescheurd. Er is dus geen hoop om in de buurt van de horizon te komen …
Overweldigd, terwijl je de monsterlijke pijn overwint, stop je met afdalen en breng je het apparaat eerst over naar een cirkelvormige baan, en begin dan voorzichtig en langzaam te bewegen langs een zich uitbreidende spiraal, waarbij je overschakelt naar grotere cirkelvormige banen totdat je het ruimteschip bereikt."
Thorne's verhaal klinkt tot nu toe als een fantasie. En het wordt berekend voor de tijd dat een persoon zo'n succes zal behalen in de ontwikkeling van technologie en technologie dat intergalactische vluchten en de constructie van ringwerelden rond zwarte gaten werkelijkheid zullen worden. En volgens de meest optimistische voorspellingen van futurologen zal dit niet eerder dan over 50 jaar mogelijk worden.
Nee jongens, zo is het niet …
Toegegeven moet worden dat veel wetenschappers nog steeds het bestaan van zwarte gaten ontkennen. Hun ontdekking en studie vindt immers plaats aan de punt van de pen. En recentelijk is een nog onverwachte veronderstelling verschenen dat zwarte gaten helemaal geen gaten zijn, maar sommige objecten, meer verwant aan Bose-Einstein condensaatbellen (de toestand van aggregatie van materie, waarvan de basis bosonen zijn, afgekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt). Deze nieuwe hypothese werd naar voren gebracht door onderzoeker Emil Mottola van de Theoretische afdeling van Los Alamos National Laboratory, samen met co-auteur Pavel Mazur van de Universiteit van South Carolina in de Verenigde Staten.
De verklaring van de onderzoekers introduceert een fundamenteel nieuwe kijk op de aard van zwarte gaten, die niet worden gepresenteerd als 'gaten' in de ruimte, waar materie en licht op onverklaarbare wijze verdwijnen in de waarnemingshorizonzone, maar eerder als bolvormige holtes omgeven door een speciale vorm van materie die nog nooit eerder op aarde bekend was. Mazur en Mottola noemen deze objecten geen zwarte gaten, maar zwaartekrachtsterren.
Binnen een zwaartekrachtster zijn ruimte en tijd omgekeerd, zoals in het zwart-gatmodel.
Mottola en Mazur suggereren zelfs dat het universum waarin we leven de binnenschil van een gigantische zwaartekrachtster kan zijn.
S. Kuzmina. "Russische ruimte"
