Schwarze Löcher sind die einzigen kosmischen Körper, die Licht durch die Schwerkraft anziehen können. Sie sind auch die größten Objekte im Universum. Es ist unwahrscheinlich, dass wir in absehbarer Zeit wissen, was in der Nähe ihres Ereignishorizonts (bekannt als „Point of no Return“) passiert. Dies sind die geheimnisvollsten Orte unserer Welt, über die trotz jahrzehntelanger Forschung noch sehr wenig bekannt ist. Dieser Artikel enthält 10 Fakten, die als die faszinierendsten bezeichnet werden können.

Schwarze Löcher saugen keine Materie in sich auf

Viele Menschen stellen sich ein Schwarzes Loch als eine Art „Weltraumstaubsauger“ vor, der den umgebenden Raum ansaugt. Tatsächlich handelt es sich bei Schwarzen Löchern um gewöhnliche Weltraumobjekte mit einem außergewöhnlich starken Gravitationsfeld.

Würde an der Stelle der Sonne ein Schwarzes Loch gleicher Größe entstehen, würde die Erde nicht mit hineingezogen werden, sie würde sich auf der gleichen Umlaufbahn drehen wie heute. Sterne, die sich neben Schwarzen Löchern befinden, verlieren einen Teil ihrer Masse in Form von Sternwind (dies geschieht während der Existenz eines Sterns), und Schwarze Löcher absorbieren nur diese Materie.

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde von Karl Schwarzschild vorhergesagt

Karl Schwarzschild war der erste, der Einsteins allgemeine Relativitätstheorie nutzte, um die Existenz eines „Punktes ohne Wiederkehr“ zu rechtfertigen. Einstein selbst hat nicht an Schwarze Löcher gedacht, obwohl seine Theorie ihre Existenz vorhersagt.

Schwarzschild machte seinen Vorschlag 1915, unmittelbar nachdem Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte. Damals entstand der Begriff „Schwarzschild-Radius“ – das ist ein Wert, der angibt, wie stark man ein Objekt komprimieren müsste, damit es zu einem Schwarzen Loch wird.

Theoretisch kann alles zu einem Schwarzen Loch werden, wenn es ausreichend komprimiert wird. Je dichter das Objekt ist, desto stärker ist das Gravitationsfeld, das es erzeugt. Beispielsweise würde die Erde zu einem Schwarzen Loch werden, wenn sie die Masse eines erdnussgroßen Objekts hätte.

Schwarze Löcher können neue Universen hervorbringen

Die Vorstellung, dass Schwarze Löcher neue Universen hervorbringen können, erscheint absurd (insbesondere, da wir uns über die Existenz anderer Universen immer noch nicht sicher sind). Dennoch werden solche Theorien von Wissenschaftlern aktiv entwickelt.

Eine sehr vereinfachte Version einer dieser Theorien lautet wie folgt. Unsere Welt hat ausschließlich günstige Konditionen damit Leben darin erscheint. Wenn sich eine der physikalischen Konstanten auch nur ein wenig ändern würde, wären wir nicht auf dieser Welt. Die Singularität von Schwarzen Löchern setzt die normalen Gesetze der Physik außer Kraft und könnte (zumindest theoretisch) zur Entstehung eines neuen Universums führen, das sich von unserem unterscheiden wird.

Schwarze Löcher können dich (und alles andere) in Spaghetti verwandeln

Schwarze Löcher dehnen Objekte in ihrer Nähe aus. Diese Objekte beginnen, Spaghetti zu ähneln (es gibt sogar einen speziellen Begriff – „Spaghettifizierung“).

Dies geschieht aufgrund der Funktionsweise der Schwerkraft. Im Moment befinden sich Ihre Beine näher am Erdmittelpunkt als Ihr Kopf und werden daher stärker angezogen. Auf der Oberfläche eines Schwarzen Lochs beginnt der Unterschied in der Schwerkraft gegen Sie zu wirken. Die Beine werden immer schneller in die Mitte des Schwarzen Lochs gezogen, sodass die obere Körperhälfte nicht mithalten kann. Ergebnis: Spaghettiifizierung!

Schwarze Löcher verdampfen mit der Zeit

Schwarze Löcher absorbieren nicht nur Sternwind, sondern verdunsten auch. Dieses Phänomen wurde 1974 entdeckt und erhielt den Namen Hawking-Strahlung (nach Stephen Hawking, der die Entdeckung machte).

Mit der Zeit kann das Schwarze Loch mit dieser Strahlung seine gesamte Masse in den umgebenden Raum abgeben und verschwinden.

Schwarze Löcher verlangsamen die Zeit in ihrer Nähe

Wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern, verlangsamt sich die Zeit. Um zu verstehen, warum dies geschieht, müssen wir uns das „Zwillingsparadoxon“ ansehen, ein Gedankenexperiment, das oft zur Veranschaulichung der Hauptpunkte verwendet wird allgemeine Theorie Einsteins Relativitätstheorie.

Einer der Zwillingsbrüder bleibt auf der Erde, der zweite fliegt mit Lichtgeschwindigkeit auf eine Weltraumreise. Als er zur Erde zurückkehrt, stellt der Zwilling fest, dass sein Bruder stärker gealtert ist als er, weil die Zeit langsamer vergeht, wenn er sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

Wenn Sie sich dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nähern, bewegen Sie sich mit so hoher Geschwindigkeit, dass die Zeit für Sie langsamer wird.

Schwarze Löcher sind die fortschrittlichsten Energiesysteme

Schwarze Löcher erzeugen Energie besser als die Sonne und andere Sterne. Dies liegt an der Materie, die sie umkreist. Beim Überwinden des Ereignishorizonts mit enormer Geschwindigkeit erwärmt sich die Materie in der Umlaufbahn eines Schwarzen Lochs auf extrem hohe Temperaturen. hohe Temperaturen. Dies wird Schwarzkörperstrahlung genannt.

Zum Vergleich: Bei der Kernfusion werden 0,7 % der Materie in Energie umgewandelt. In der Nähe eines Schwarzen Lochs werden 10 % der Materie zu Energie!

Schwarze Löcher verbiegen den Raum um sie herum

Man kann sich den Raum als eine gespannte Gummiplatte vorstellen, auf der Linien gezeichnet sind. Wenn Sie einen Gegenstand auf die Schallplatte legen, ändert dieser seine Form. Schwarze Löcher funktionieren auf die gleiche Weise. Ihre extreme Masse zieht alles an, auch Licht (dessen Strahlen, um die Analogie fortzusetzen, Linien auf einer Platte genannt werden könnten).

Schwarze Löcher begrenzen die Anzahl der Sterne im Universum

Sterne entstehen aus Gaswolken. Damit die Sternentstehung beginnen kann, muss die Wolke abkühlen.

Die Strahlung schwarzer Körper verhindert das Abkühlen von Gaswolken und verhindert die Entstehung von Sternen.

Theoretisch kann jedes Objekt zu einem Schwarzen Loch werden

Der einzige Unterschied zwischen unserer Sonne und einem Schwarzen Loch ist die Schwerkraft. Im Zentrum eines Schwarzen Lochs ist es viel stärker als im Zentrum eines Sterns. Wenn unsere Sonne auf einen Durchmesser von etwa fünf Kilometern komprimiert würde, könnte sie ein Schwarzes Loch sein.

Theoretisch kann alles zu einem Schwarzen Loch werden. In der Praxis wissen wir, dass Schwarze Löcher nur durch den Zusammenbruch riesiger Sterne entstehen, deren Masse die der Sonne um das 20- bis 30-fache übersteigt.

Ein Schwarzes Loch ist eines der mysteriösesten Objekte im Universum. Viele berühmte Wissenschaftler, darunter Albert Einstein, sprachen über die Möglichkeit der Existenz von Schwarzen Löchern. Schwarze Löcher verdanken ihren Namen dem amerikanischen Astrophysiker John Wheeler. Es gibt zwei Arten von Schwarzen Löchern im Universum. Das erste sind massive Schwarze Löcher – riesige Körper, deren Masse millionenfach größer ist als die Masse der Sonne. Solche Objekte befinden sich, wie Wissenschaftler vermuten, im Zentrum von Galaxien. Im Zentrum unserer Galaxie befindet sich außerdem ein gigantisches Schwarzes Loch. Wissenschaftler konnten die Gründe für das Erscheinen solch riesiger kosmischer Körper noch nicht herausfinden.

Standpunkt

Die moderne Wissenschaft unterschätzt die Bedeutung des Konzepts der „Zeitenergie“, das vom sowjetischen Astrophysiker N.A. in die wissenschaftliche Anwendung eingeführt wurde. Kozyrev.

Wir verfeinerten die Idee der Energie der Zeit, wodurch eine neue philosophische Theorie entstand – „idealer Materialismus“. Diese Theorie bietet eine alternative Erklärung für die Natur und Struktur von Schwarzen Löchern. Schwarze Löcher in der Theorie Idealer Materialismus gegeben ist Schlüsselrolle und insbesondere in den Prozessen der Entstehung und des Gleichgewichts der Zeitenergie. Die Theorie erklärt, warum sich in den Zentren fast aller Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher befinden. Auf der Website können Sie sich nach entsprechender Vorbereitung mit dieser Theorie vertraut machen. siehe Website-Materialien).

Eine Region in Raum und Zeit, deren Anziehungskraft so stark ist, dass selbst Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sie nicht verlassen können, wird als Schwarzes Loch bezeichnet. Die Grenze eines Schwarzen Lochs wird als „Ereignishorizont“-Konzept und seine Größe als Gravitationsradius bezeichnet. Im einfachsten Fall ist er gleich dem Schwarzschild-Radius.

Dass die Existenz von Schwarzen Löchern theoretisch möglich ist, lässt sich anhand einiger von Einsteins exakten Gleichungen beweisen. Der erste von ihnen wurde 1915 von demselben Karl Schwarzschild erworben. Es ist nicht bekannt, wer diesen Begriff als Erster erfunden hat. Wir können nur sagen, dass die Bezeichnung des Phänomens dank John Archibald Wheeler populär gemacht wurde, der erstmals den Vortrag „Unser Universum: das Bekannte und Unbekannte“ veröffentlichte, in dem es verwendet wurde. Viel früher wurden diese Objekte „kollabierte Sterne“ oder „Kollapsars“ genannt.

Die Frage, ob Schwarze Löcher wirklich existieren, hängt damit zusammen reale Existenz Schwerkraft. IN moderne Wissenschaft Die realistischste Gravitationstheorie ist die Allgemeine Relativitätstheorie, die die Möglichkeit der Existenz von Schwarzen Löchern klar definiert. Dennoch ist ihre Existenz im Rahmen anderer Theorien möglich, sodass die Daten ständig analysiert und interpretiert werden.

Die Aussage über die Existenz realer Schwarzer Löcher ist als Bestätigung der Existenz dichter und massiver astronomischer Objekte zu verstehen, die als Schwarze Löcher der Relativitätstheorie interpretiert werden können. Darüber hinaus können Sterne im Spätstadium des Kollaps auf ein ähnliches Phänomen zurückgeführt werden. Moderne Astrophysiker legen keinen Wert auf den Unterschied zwischen solchen Sternen und echten Schwarzen Löchern.

Viele von denen, die Astronomie studiert haben oder noch studieren, wissen es Was ist ein schwarzes Loch? Und Woher kommt sie. Aber trotzdem, für gewöhnliche Menschen Für diejenigen, die sich nicht besonders dafür interessierten, werde ich alles kurz erklären.

Schwarzes Loch- Dies ist ein bestimmter Bereich im Raum oder sogar in der Zeit darin. Nur ist dies kein gewöhnliches Gebiet. Es hat eine sehr starke Schwerkraft (Anziehung). Darüber hinaus ist es so stark, dass etwas, wenn es dort ankommt, nicht aus einem Schwarzen Loch herauskommen kann! Selbst die Sonnenstrahlen können nicht verhindern, dass sie in ein Schwarzes Loch fallen, wenn es in der Nähe vorbeizieht. Beachten Sie jedoch, dass sich die Sonnenstrahlen (Licht) mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – 300.000 km/s.

Früher wurden Schwarze Löcher anders genannt: Kollapsare, kollabierte Sterne, gefrorene Sterne und so weiter. Warum? Weil Schwarze Löcher aufgrund toter Sterne entstehen.

Tatsache ist, dass ein Stern, wenn er seine gesamte Energie verbraucht, zu einem sehr heißen Riesen wird und schließlich explodiert. Sein Kern kann mit einiger Wahrscheinlichkeit sehr stark schrumpfen. Und das mit unglaublicher Geschwindigkeit. In manchen Fällen entsteht nach der Explosion eines Sterns ein schwarzes, unsichtbares Loch, das alles verschlingt, was ihm in den Weg kommt. Alle Objekte, die sich sogar mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Einem Schwarzen Loch ist es egal, welche Objekte es absorbiert. Dies können entweder Raumschiffe oder Sonnenstrahlen sein. Es spielt keine Rolle, wie schnell sich das Objekt bewegt. Dem Schwarzen Loch ist es auch egal, welche Masse das Objekt hat. Es kann alles verschlingen, von kosmischen Mikroben oder Staub bis hin zu den Sternen selbst.

Leider hat noch niemand herausgefunden, was im Inneren eines Schwarzen Lochs passiert. Einige vermuten, dass ein Objekt, das in ein Schwarzes Loch fällt, mit unglaublicher Kraft auseinandergerissen wird. Andere glauben, dass der Austritt aus einem Schwarzen Loch in ein anderes, eine Art zweites Universum führen kann. Wieder andere glauben (höchstwahrscheinlich), wenn man vom Eingang zum Ausgang eines Schwarzen Lochs geht, könnte es einen einfach in einen anderen Teil des Universums schleudern.

Schwarzes Loch im Weltraum

Schwarzes Loch- Das Weltraumobjekt von unglaublicher Dichte und absoluter Schwerkraft, so dass jeder kosmische Körper und sogar Raum und Zeit selbst von ihm absorbiert werden.

Schwarze Löcher am meisten verwalten Entwicklung des Universums. Sie befinden sich an einem zentralen Ort, aber ihre Zeichen sind nicht zu erkennen. Obwohl Schwarze Löcher zerstören können, helfen sie auch beim Aufbau von Galaxien.

Einige Wissenschaftler glauben das Schwarze Löcher sind das Tor zu Paralleluniversen. was durchaus der Fall sein kann. Es gibt die Meinung, dass Schwarze Löcher Gegensätze haben, die sogenannten weiße Löcher . mit Anti-Schwerkraft-Eigenschaften.

Schwarzes Loch ist geboren Wenn die größten Sterne im Inneren sterben, werden sie durch die Schwerkraft zerstört, was zu einer gewaltigen Explosion führt Supernova.

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde von Karl Schwarzschild vorhergesagt

Karl Schwarzschild war der erste, der Einsteins allgemeine Relativitätstheorie nutzte, um die Existenz eines „Punktes ohne Wiederkehr“ zu rechtfertigen. Einstein selbst hat nicht an Schwarze Löcher gedacht, obwohl seine Theorie ihre Existenz vorhersagt.

Schwarzschild machte seinen Vorschlag 1915, unmittelbar nachdem Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte. Damals entstand der Begriff „Schwarzschild-Radius“ – ein Wert, der angibt, wie stark man ein Objekt komprimieren müsste, damit es zu einem Schwarzen Loch wird.

Theoretisch kann alles zu einem Schwarzen Loch werden, wenn es ausreichend komprimiert wird. Je dichter das Objekt ist, desto stärker ist das Gravitationsfeld, das es erzeugt. Beispielsweise würde die Erde zu einem Schwarzen Loch werden, wenn sie die Masse eines erdnussgroßen Objekts hätte.

Quellen: www.alienguest.ru, cosmos-online.ru, kak-prosto.net, nasha-vselennaya.ru, www.qwrt.ru

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Jeder Mensch, der sich mit der Astronomie auseinandersetzt, verspürt früher oder später eine starke Neugier auf die geheimnisvollsten Objekte des Universums – Schwarze Löcher. Dies sind echte Herren der Dunkelheit, die in der Lage sind, jedes in der Nähe vorbeikommende Atom zu „verschlucken“ und nicht einmal das Licht entweichen zu lassen – ihre Anziehungskraft ist so stark. Für Physiker und Astronomen stellen diese Objekte eine echte Herausforderung dar. Erstere können noch nicht verstehen, was mit der Materie passiert, die in das Schwarze Loch gefallen ist, und Letztere hatten, obwohl sie die energieverbrauchendsten Phänomene im Weltraum mit der Existenz von Schwarzen Löchern erklären, nie die Gelegenheit, eines davon zu beobachten direkt. Wir erzählen Ihnen von diesen interessanten Himmelsobjekten, erfahren, was bereits entdeckt wurde und was noch zu lernen ist, um den Schleier der Geheimhaltung zu lüften.

Was ist ein Schwarzes Loch?

Der Name „Schwarzes Loch“ (auf Englisch – Schwarzes Loch) wurde 1967 vom amerikanischen theoretischen Physiker John Archibald Wheeler vorgeschlagen (siehe Foto links). Es diente zur Bezeichnung eines Himmelskörpers, dessen Anziehungskraft so stark ist, dass selbst Licht ihn nicht loslässt. Deshalb ist es „schwarz“, weil es kein Licht aussendet.

Indirekte Beobachtungen

Dies ist der Grund für dieses Rätsel: Da Schwarze Löcher nicht leuchten, können wir sie nicht direkt sehen und sind gezwungen, nach ihnen zu suchen und sie nur anhand indirekter Beweise zu untersuchen, die ihre Existenz im umgebenden Weltraum hinterlässt. Mit anderen Worten: Wenn ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt, können wir das Schwarze Loch nicht sehen, aber wir können die verheerenden Auswirkungen seines starken Gravitationsfeldes beobachten.

Laplaces Intuition

Obwohl der Ausdruck „Schwarzes Loch“ zur Bezeichnung des hypothetischen Endstadiums der Entwicklung eines Sterns, der unter dem Einfluss der Schwerkraft in sich selbst kollabiert ist, relativ neu ist, entstand die Idee der Möglichkeit der Existenz solcher Körper mehr als zwei Mal vor Jahrhunderten. Der Engländer John Michell und der Franzose Pierre-Simon de Laplace stellten unabhängig voneinander die Hypothese auf, dass es „unsichtbare Sterne“ gebe; gleichzeitig basierten sie auf den üblichen Gesetzen der Dynamik und dem Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation. Heute haben schwarze Löcher ihr Recht bekommen korrekte Beschreibung basierend auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.

In seinem Werk „Exposition of the World System“ (1796) schrieb Laplace: „ heller Stern Mit der gleichen Dichte wie die Erde und einem Durchmesser, der 250-mal größer ist als der Durchmesser der Sonne, würde er dank seiner Anziehungskraft Lichtstrahlen daran hindern, uns zu erreichen. Daher ist es möglich, dass die größten und hellsten Himmelskörper aus diesem Grund unsichtbar sind.“

Unbesiegbare Schwerkraft

Laplaces Idee basierte auf dem Konzept der Fluchtgeschwindigkeit (zweite kosmische Geschwindigkeit). Ein Schwarzes Loch ist ein so dichtes Objekt, dass seine Schwerkraft sogar Licht zurückhalten kann, das die höchste Geschwindigkeit in der Natur entwickelt (fast 300.000 km/s). In der Praxis erfordert die Flucht aus einem Schwarzen Loch höhere Geschwindigkeiten als die Lichtgeschwindigkeit, aber das ist unmöglich!

Das bedeutet, dass ein solcher Stern unsichtbar ist, da selbst Licht seine starke Schwerkraft nicht überwinden kann. Einstein erklärte diese Tatsache mit dem Phänomen der Lichtbeugung unter dem Einfluss eines Gravitationsfeldes. In der Realität ist die Raumzeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs so stark gekrümmt, dass sich auch die Flugbahnen der Lichtstrahlen in sich selbst schließen. Um die Sonne in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, müssen wir ihre gesamte Masse in einer Kugel mit einem Radius von 3 km konzentrieren, und die Erde muss sich in eine Kugel mit einem Radius von 9 mm verwandeln!

Arten von Schwarzen Löchern

Noch vor etwa zehn Jahren deuteten Beobachtungen auf die Existenz zweier Arten von Schwarzen Löchern hin: stellare, deren Masse mit der Masse der Sonne vergleichbar ist oder diese geringfügig übersteigt, und supermassive, deren Masse zwischen mehreren Hunderttausend und vielen Millionen Sonnenmassen liegt . Allerdings brachten Röntgenbilder und hochauflösende Spektren von künstlichen Satelliten wie Chandra und XMM-Newton vor relativ kurzer Zeit eine dritte Art von Schwarzen Löchern in den Vordergrund – mit einer Masse durchschnittliche Größe, die die Masse der Sonne um das Tausendfache übersteigt.

Stellare Schwarze Löcher

Stellare Schwarze Löcher wurden früher als andere bekannt. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Entwicklungsweges seine Kernbrennstoffreserven erschöpft und aufgrund seiner eigenen Schwerkraft in sich selbst zusammenfällt. Eine Explosion, die einen Stern erschüttert (dieses Phänomen wird als „Supernova-Explosion“ bezeichnet), hat katastrophale Folgen: Wenn der Kern des Sterns mehr als das Zehnfache der Sonnenmasse hat, kann keine Kernkraft dem Gravitationskollaps standhalten, der zur Folge hat Entstehung eines Schwarzen Lochs.

Supermassereiche Schwarze Löcher

Supermassereiche Schwarze Löcher, die erstmals in den Kernen einiger aktiver Galaxien beobachtet wurden, haben einen anderen Ursprung. Zu ihrer Entstehung gibt es mehrere Hypothesen: ein stellares Schwarzes Loch, das im Laufe von Millionen von Jahren alle Sterne um sich herum verschlingt; eine Ansammlung von Schwarzen Löchern, die miteinander verschmelzen; eine kolossale Gaswolke, die direkt in ein Schwarzes Loch kollabiert. Diese Schwarzen Löcher gehören zu den energiereichsten Objekten im Weltraum. Sie befinden sich in den Zentren vieler, wenn nicht aller Galaxien. Auch unsere Galaxie hat ein solches Schwarzes Loch. Aufgrund der Anwesenheit eines solchen Schwarzen Lochs werden die Kerne dieser Galaxien manchmal sehr hell. Galaxien mit Schwarzen Löchern im Zentrum, umgeben von eine große Anzahl fallende Materie und daher in der Lage, enorme Energiemengen zu produzieren, werden als „aktiv“ und ihre Kerne als „aktive galaktische Kerne“ (AGN) bezeichnet. Beispielsweise sind Quasare (die am weitesten von uns entfernten kosmischen Objekte, die für unsere Beobachtung zugänglich sind) aktive Galaxien, in denen wir nur einen sehr hellen Kern sehen.

Mittel und Mini

Ein weiteres Rätsel bleiben die Schwarzen Löcher mittlerer Masse, die neueren Forschungen zufolge im Zentrum einiger Kugelsternhaufen wie M13 und NCC 6388 stehen könnten. Viele Astronomen stehen diesen Objekten skeptisch gegenüber, aber einige neue Forschungen deuten auf die Anwesenheit von Schwarzen Löchern hin Schwarze Löcher sind selbst in der Nähe des Zentrums unserer Galaxie mittelgroß. Der englische Physiker Stephen Hawking stellte auch eine theoretische Annahme über die Existenz einer vierten Art von Schwarzen Löchern auf – eines „Mini-Lochs“ mit einer Masse von nur einer Milliarde Tonnen (was ungefähr der Masse entspricht). große Berge). Wir sprechen von Primärobjekten, also solchen, die in den ersten Momenten des Lebens des Universums auftauchten, als der Druck noch sehr hoch war. Es wurde jedoch noch keine einzige Spur ihrer Existenz entdeckt.

So finden Sie ein Schwarzes Loch

Erst vor wenigen Jahren ging ein Licht über Schwarzen Löchern an. Dank der ständig verbesserten Instrumente und Technologien (sowohl boden- als auch weltraumgestützte) werden diese Objekte immer weniger mysteriös; genauer gesagt, der sie umgebende Raum wird weniger geheimnisvoll. Da das Schwarze Loch selbst unsichtbar ist, können wir es nur erkennen, wenn es von genügend Materie (Sternen und heißem Gas) umgeben ist, die es in kurzer Entfernung umkreist.

Binäre Systeme beobachten

Einige stellare Schwarze Löcher wurden durch die Beobachtung der Umlaufbewegung eines Sterns um einen unsichtbaren Begleiter entdeckt. Duales System. Enge Doppelsternsysteme (das heißt, sie bestehen aus zwei sehr nahe beieinander liegenden Sternen), in denen einer der Begleiter unsichtbar ist, sind ein beliebtes Beobachtungsobjekt für Astrophysiker, die nach Schwarzen Löchern suchen.

Ein Hinweis auf die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs (oder Neutronensterns) ist die starke Emission von Röntgenstrahlung, die durch einen komplexen Mechanismus verursacht wird, der schematisch wie folgt beschrieben werden kann. Dank seiner starken Schwerkraft kann ein Schwarzes Loch Materie aus seinem Begleitstern herausreißen; Dieses Gas breitet sich zu einer flachen Scheibe aus und strömt spiralförmig nach unten in das Schwarze Loch. Reibung, die durch Kollisionen zwischen fallenden Gaspartikeln entsteht, erhitzt die inneren Schichten der Scheibe auf mehrere Millionen Grad, was zu starker Röntgenstrahlung führt.

Röntgenbeobachtungen

Röntgenbeobachtungen von Objekten in unserer Galaxie und benachbarten Galaxien, die über mehrere Jahrzehnte durchgeführt wurden, haben es ermöglicht, kompakte binäre Quellen zu entdecken, von denen etwa ein Dutzend Systeme sind, die Kandidaten für Schwarze Löcher enthalten. Das Hauptproblem besteht darin, die Masse eines unsichtbaren Himmelskörpers zu bestimmen. Die Masse (wenn auch nicht sehr genau) kann durch Untersuchung der Bewegung des Begleiters oder, was viel schwieriger ist, durch Messung der Intensität der Röntgenstrahlung des fallenden Materials ermittelt werden. Diese Intensität hängt durch eine Gleichung mit der Masse des Körpers zusammen, auf den diese Substanz fällt.

Nobelpreisträger

Ähnliches gilt für supermassereiche Schwarze Löcher, die in den Kernen vieler Galaxien beobachtet werden und deren Massen durch Messung der Umlaufgeschwindigkeiten des in das Schwarze Loch fallenden Gases geschätzt werden. In diesem Fall wird es durch das starke Gravitationsfeld eines sehr großen Objekts verursacht schnelles Wachstum Die Geschwindigkeit von Gaswolken, die das Zentrum von Galaxien umkreisen, wird durch Beobachtungen im Radiobereich sowie in optischen Strahlen offenbart. Beobachtungen im Röntgenbereich können die erhöhte Energiefreisetzung durch in das Schwarze Loch einfallende Materie bestätigen. Die Erforschung von Röntgenstrahlen wurde Anfang der 1960er Jahre von dem in den USA tätigen Italiener Riccardo Giacconi begonnen. Ihm im Jahr 2002 verliehen Nobelpreis würdigte seine „bahnbrechenden Beiträge zur Astrophysik, die zur Entdeckung von Röntgenquellen im Weltraum führten“.

Cygnus X-1: erster Kandidat

Unsere Galaxie ist nicht immun gegen die Anwesenheit potenzieller Schwarzer-Loch-Objekte. Glücklicherweise ist keines dieser Objekte nahe genug an uns, um eine Bedrohung für die Existenz der Erde oder des Sonnensystems darzustellen. Trotz der großen Anzahl kompakter Röntgenquellen, die identifiziert wurden (und diese sind die wahrscheinlichsten Kandidaten für Schwarze Löcher), sind wir nicht sicher, ob sie tatsächlich Schwarze Löcher enthalten. Die einzige unter diesen Quellen, die das nicht hat Alternativversion ist das nahe Doppelsternsystem Cygnus X-1, also die hellste Quelle von Röntgenstrahlung, im Sternbild Schwan.

Massive Sterne

Dieses System, das eine Umlaufzeit von 5,6 Tagen hat, besteht aus einem sehr hellen blauen Stern von großer Größe (sein Durchmesser ist 20-mal so groß wie der der Sonne und seine Masse ist etwa 30-mal größer), der selbst in Ihrem Teleskop gut sichtbar ist. und ein unsichtbarer zweiter Stern, dessen Masse auf mehrere Sonnenmassen (bis zu 10) geschätzt wird. Der zweite Stern liegt 6.500 Lichtjahre entfernt und wäre perfekt sichtbar, wenn es ein gewöhnlicher Stern wäre. Seine Unsichtbarkeit, die starke Röntgenemission des Systems und schließlich die Massenschätzung veranlassen die meisten Astronomen zu der Annahme, dass dies die erste bestätigte Entdeckung eines stellaren Schwarzen Lochs ist.

Zweifel

Allerdings gibt es auch Skeptiker. Unter ihnen ist einer der größten Forscher von Schwarzen Löchern, der Physiker Stephen Hawking. Er schloss sogar eine Wette mit seinem amerikanischen Kollegen Keel Thorne ab, einem glühenden Befürworter der Einstufung des Cygnus-X-1-Objekts als Schwarzes Loch.

Die Debatte über die Identität des Cygnus-X-1-Objekts ist nicht Hawkings einzige Wette. Nachdem er sich neun Jahre lang mit theoretischen Studien zu Schwarzen Löchern beschäftigt hatte, war er von der Unrichtigkeit seiner früheren Vorstellungen über diese mysteriösen Objekte überzeugt. Insbesondere ging Hawking davon aus, dass die Materie, nachdem sie in ein Schwarzes Loch gefallen ist, für immer verschwindet und damit alles sein Informationsgepäck verschwindet. Er war sich dessen so sicher, dass er 1997 mit seinem amerikanischen Kollegen John Preskill eine Wette zu diesem Thema abschloss.

Einen Fehler zugeben

Am 21. Juli 2004 gab Hawking in seiner Rede auf dem Kongress zur Relativitätstheorie in Dublin zu, dass Preskill Recht hatte. Schwarze Löcher führen nicht zum vollständigen Verschwinden der Materie. Darüber hinaus verfügen sie über eine gewisse Art von „Gedächtnis“. Sie können durchaus Spuren des Verzehrs enthalten. Durch „Verdampfen“ (das heißt durch langsames Aussenden von Strahlung aufgrund des Quanteneffekts) können sie diese Informationen an unser Universum zurückgeben.

Schwarze Löcher in der Galaxie

Astronomen haben immer noch viele Zweifel an der Anwesenheit stellarer Schwarzer Löcher (wie dem, das zum Doppelsternsystem Cygnus X-1 gehört) in unserer Galaxie; aber an supermassiven Schwarzen Löchern gibt es viel weniger Zweifel.

Im Zentrum

In unserer Galaxie gibt es mindestens ein supermassereiches Schwarzes Loch. Seine Quelle, bekannt als Sagittarius A*, ist genau in der Mitte der Ebene lokalisiert Milchstraße. Sein Name erklärt sich aus der Tatsache, dass es sich um die stärkste Radioquelle im Sternbild Schütze handelt. In dieser Richtung liegen sowohl die geometrischen als auch die physikalischen Zentren unseres galaktischen Systems. Das etwa 26.000 Lichtjahre entfernte supermassive Schwarze Loch, das mit der Radiowellenquelle Sagittarius A* in Verbindung steht, hat eine geschätzte Masse von etwa 4 Millionen Sonnenmassen und befindet sich in einem Raum, dessen Volumen mit dem Volumen des Sonnensystems vergleichbar ist. Seine relative Nähe zu uns (dieses supermassive Schwarze Loch ist ohne Zweifel das der Erde am nächsten gelegene) hat verursacht letzten Jahren Das Objekt wurde mithilfe des Chandra-Weltraumobservatoriums besonders eingehend untersucht. Es stellte sich insbesondere heraus, dass es sich auch um eine starke Quelle für Röntgenstrahlung handelt (jedoch nicht so stark wie Quellen in aktiven Galaxienkernen). Sagittarius A* könnte ein ruhender Überrest dessen sein, was vor Millionen oder Milliarden Jahren der aktive Kern unserer Galaxie war.

Zweites Schwarzes Loch?

Einige Astronomen glauben jedoch, dass es in unserer Galaxie noch eine weitere Überraschung gibt. Wir sprechen von einem zweiten Schwarzen Loch mittlerer Masse, das eine Ansammlung junger Sterne zusammenhält und sie daran hindert, in ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie selbst zu fallen. Wie kann es sein, dass sich in einer Entfernung von weniger als einem Lichtjahr von ihm ein Sternhaufen befindet, der kaum 10 Millionen Jahre alt, also nach astronomischen Maßstäben sehr jung ist? Den Forschern zufolge liegt die Antwort darin, dass der Cluster nicht dort entstanden ist (die Umgebung um das zentrale Schwarze Loch ist zu feindlich für die Sternentstehung), sondern aufgrund der Existenz eines zweiten Schwarzen Lochs in seinem Inneren dorthin „gezogen“ wurde hat eine durchschnittliche Masse.

Im Orbit

Einzelne Sterne im Sternhaufen begannen, angezogen vom supermassiven Schwarzen Loch, sich in Richtung des galaktischen Zentrums zu verschieben. Anstatt jedoch in den Weltraum zu zerstreuen, bleiben sie dank der Anziehungskraft eines zweiten Schwarzen Lochs im Zentrum des Clusters zusammen. Die Masse dieses Schwarzen Lochs lässt sich anhand seiner Fähigkeit abschätzen, einen ganzen Sternhaufen an der Leine zu halten. Ein mittelgroßes Schwarzes Loch braucht offenbar etwa 100 Jahre, um das zentrale Schwarze Loch zu umkreisen. Das bedeutet, dass wir es durch Langzeitbeobachtungen über viele Jahre hinweg „sehen“ können.

24. Januar 2013

Von allen hypothetischen Objekten im Universum, die von wissenschaftlichen Theorien vorhergesagt werden, machen Schwarze Löcher den unheimlichsten Eindruck. Und obwohl schon fast anderthalb Jahrhunderte vor der Veröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie durch Einstein erste Vermutungen über ihre Existenz gemacht wurden, wurden überzeugende Beweise für die Realität ihrer Existenz erst vor Kurzem erbracht.

Beginnen wir damit, wie die Allgemeine Relativitätstheorie die Frage nach der Natur der Schwerkraft behandelt. Newtons Gesetz der universellen Gravitation besagt, dass zwischen zwei beliebigen massiven Körpern im Universum eine gegenseitige Anziehungskraft besteht. Aus diesem Grund Gravitationsanziehung Die Erde dreht sich um die Sonne. Die Allgemeine Relativitätstheorie zwingt uns, das Sonne-Erde-System anders zu betrachten. Dieser Theorie zufolge scheint die Raumzeit in der Gegenwart eines so massiven Himmelskörpers wie der Sonne unter seinem Gewicht zusammenzubrechen und die Gleichmäßigkeit seines Gefüges wird gestört. Stellen Sie sich ein elastisches Trampolin vor, auf dem ein schwerer Ball (zum Beispiel von einer Bowlingbahn) ruht. Der gespannte Stoff biegt sich unter seinem Gewicht und erzeugt um ihn herum ein Vakuum. Auf die gleiche Weise schiebt die Sonne die Raumzeit um sich herum.

Nach diesem Bild rollt die Erde einfach um den entstandenen Trichter herum (mit der Ausnahme, dass ein kleiner Ball, der auf einem Trampolin um einen schweren herumrollt, unweigerlich an Geschwindigkeit verliert und sich dem großen Ball nähert). Und was wir normalerweise als Schwerkraft in unserem wahrnehmen Alltag, ist auch nichts anderes als eine Änderung der Geometrie der Raumzeit und keine Kraft im Newtonschen Sinne. Heute gibt es keine erfolgreichere Erklärung der Natur der Schwerkraft als die allgemeine Relativitätstheorie.

Stellen Sie sich nun vor, was passieren würde, wenn wir im Rahmen des vorgeschlagenen Bildes die Masse einer schweren Kugel immer weiter vergrößern, ohne ihre physikalischen Abmessungen zu vergrößern? Da der Trichter absolut elastisch ist, vertieft er sich, bis seine Oberkanten irgendwo hoch über der völlig schweren Kugel zusammenlaufen, und hört dann von der Oberfläche aus betrachtet einfach auf zu existieren. Im realen Universum schlägt ein Objekt, nachdem es ausreichend Masse und Dichte an Materie angesammelt hat, eine Raum-Zeit-Falle um sich herum zu, das Raum-Zeit-Gefüge schließt sich, es verliert den Kontakt zum Rest des Universums und wird für dieses unsichtbar. So entsteht ein Schwarzes Loch.

Schwarzschild und seine Zeitgenossen glaubten, dass solche seltsamen Weltraumobjekte in der Natur nicht existierten. Einstein selbst vertrat nicht nur diesen Standpunkt, sondern glaubte fälschlicherweise auch, dass es ihm gelungen sei, seine Meinung mathematisch zu untermauern.

In den 1930er Jahren bewies der junge indische Astrophysiker Chandrasekhar, dass Kernbrennstoff Nur wenn seine Masse weniger als 1,4 Sonnenmassen beträgt, wirft ein Stern seine Hülle ab und verwandelt sich in einen langsam abkühlenden Weißen Zwerg. Bald erkannte der Amerikaner Fritz Zwicky, dass Supernova-Explosionen extrem dichte Körper aus Neutronenmaterie erzeugen; Später kam Lev Landau zum gleichen Schluss. Nach Chandrasekhars Arbeit war klar, dass nur Sterne mit einer Masse von mehr als 1,4 Sonnenmassen eine solche Entwicklung durchlaufen könnten. Daher stellte sich natürlich die Frage: Gibt es eine Obergrenze für die Masse der Supernovae, die Neutronensterne hinterlassen?

Ende der 30er Jahre wurde der spätere Vater Amerikaner Atombombe Robert Oppenheimer stellte fest, dass eine solche Grenze tatsächlich existiert und mehrere Sonnenmassen nicht überschreitet. Eine genauere Einschätzung war damals nicht möglich; Mittlerweile ist bekannt, dass die Massen von Neutronensternen im Bereich von 1,5–3 Ms liegen müssen. Aber selbst aus den groben Berechnungen von Oppenheimer und seinem Doktoranden George Volkow folgte, dass die massereichsten Nachkommen von Supernovae nicht zu Neutronensternen werden, sondern in einen anderen Zustand übergehen. Im Jahr 1939 verwendeten Oppenheimer und Hartland Snyder ein idealisiertes Modell, um zu beweisen, dass ein massereicher kollabierender Stern in Richtung seines Gravitationsradius gezogen wird. Aus ihren Formeln ergibt sich tatsächlich, dass der Star hier nicht aufhört, die Co-Autoren haben jedoch von einer solch radikalen Schlussfolgerung Abstand genommen.

09.07.1911 - 13.04.2008

Die endgültige Antwort wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durch die Bemühungen einer ganzen Galaxie brillanter theoretischer Physiker, darunter auch sowjetischer, gefunden. Es stellte sich heraus, dass ein solcher Kollaps den Stern immer „vollständig“ komprimiert und seine Materie vollständig zerstört. Dadurch entsteht eine Singularität, ein „Superkonzentrat“ des Gravitationsfeldes, abgeschlossen in einem verschwindend kleinen Volumen. Bei einem ruhenden Loch ist dies ein Punkt, bei einem rotierenden Loch ein Ring. Die Krümmung der Raumzeit und damit die Schwerkraft in der Nähe der Singularität tendiert gegen Unendlich. Ende 1967 bezeichnete der amerikanische Physiker John Archibald Wheeler als Erster einen solchen endgültigen Sternkollaps als Schwarzes Loch. Der neue Begriff erfreute sich großer Beliebtheit bei Physikern und begeisterten Journalisten, die ihn auf der ganzen Welt verbreiteten (obwohl er den Franzosen zunächst nicht gefiel, da der Ausdruck „trou noir“ zweifelhafte Assoziationen hervorrief).

Die wichtigste Eigenschaft eines Schwarzen Lochs ist, dass alles, was hineinfällt, nicht zurückkommt. Dies gilt sogar für Licht, weshalb Schwarze Löcher auch ihren Namen haben: Ein Körper, der das gesamte auf ihn einfallende Licht absorbiert und kein eigenes Licht abgibt, erscheint völlig schwarz. Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie kann ein Objekt, wenn es sich dem Zentrum eines Schwarzen Lochs in einer kritischen Entfernung nähert – diese Entfernung wird Schwarzschildradius genannt – niemals zurückkehren. (Der deutsche Astronom Karl Schwarzschild (1873-1916) berechnete in seinen letzten Lebensjahren unter Verwendung der Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie das Gravitationsfeld um eine Masse mit einem Volumen von Null.) Für die Masse der Sonne der Schwarzschild-Radius beträgt 3 km, das heißt, um unsere Sonne in ein Schwarzes Loch zu verwandeln, muss man ihre gesamte Masse auf die Größe einer Kleinstadt verdichten!

Innerhalb des Schwarzschild-Radius sagt die Theorie noch seltsamere Phänomene voraus: Die gesamte Materie eines Schwarzen Lochs sammelt sich in einem unendlich kleinen Punkt unendlicher Dichte in seinem Zentrum – Mathematiker nennen ein solches Objekt eine singuläre Störung. Bei unendlicher Dichte nimmt jede endliche Materiemasse mathematisch gesehen ein räumliches Volumen von Null ein. Natürlich können wir experimentell nicht überprüfen, ob dieses Phänomen tatsächlich im Inneren eines Schwarzen Lochs auftritt, da nicht alles, was in den Schwarzschild-Radius fällt, zurückkommt.

Auch wenn wir also kein Schwarzes Loch im herkömmlichen Sinne des Wortes „schauen“ „anschauen“ können, können wir seine Anwesenheit dennoch anhand indirekter Anzeichen des Einflusses seines übermächtigen und völlig ungewöhnlichen Gravitationsfeldes auf die Materie um uns herum erkennen Es.

Supermassereiche Schwarze Löcher

Im Zentrum unserer Milchstraße und anderer Galaxien liegt ein unglaublich massereiches Schwarzes Loch, das millionenfach schwerer ist als die Sonne. Diese supermassereichen Schwarzen Löcher (wie sie genannt wurden) wurden durch Beobachtungen der Natur der Bewegung interstellaren Gases in der Nähe der Zentren von Galaxien entdeckt. Beobachtungen zufolge rotieren Gase in geringer Entfernung vom supermassereichen Objekt und einfache Berechnungen Mithilfe der Newtonschen Gesetze der Mechanik zeigen sie, dass das sie anziehende Objekt mit winzigem Durchmesser eine ungeheure Masse hat. Nur ein Schwarzes Loch kann auf diese Weise interstellares Gas im Zentrum einer Galaxie verwirbeln. Tatsächlich haben Astrophysiker bereits Dutzende solcher massereichen Schwarzen Löcher in den Zentren benachbarter Galaxien gefunden, und sie vermuten stark, dass das Zentrum jeder Galaxie ein Schwarzes Loch ist.

Schwarze Löcher mit Sternmasse

Wenn ein Stern mit einer Masse von mehr als etwa 30 Sonnenmassen in einer Supernova-Explosion stirbt, zerstreut sich nach unserem derzeitigen Verständnis der Sternentwicklung seine äußere Hülle, und die inneren Schichten kollabieren schnell zum Zentrum hin und bilden dort ein Schwarzes Loch des Sterns, der seine Treibstoffreserven aufgebraucht hat. Isoliert in interstellarer Raum Ein Schwarzes Loch dieses Ursprungs ist kaum zu identifizieren, da es sich in einem verdünnten Vakuum befindet und sich in keiner Weise durch Gravitationswechselwirkungen manifestiert. Wäre ein solches Loch jedoch Teil eines Doppelsternsystems (zwei heiße Sterne, die um ihren Massenschwerpunkt kreisen), würde das Schwarze Loch immer noch einen gravitativen Einfluss auf sein Sternpaar ausüben. Astronomen haben heute mehr als ein Dutzend Kandidaten für die Rolle solcher Sternsysteme, obwohl für keines davon eindeutige Beweise vorliegen.

In einem Doppelsternsystem mit einem Schwarzen Loch in seiner Zusammensetzung wird die Materie des „lebenden“ Sterns unweigerlich in Richtung des Schwarzen Lochs „fließen“. Und die vom Schwarzen Loch angesaugte Substanz dreht sich spiralförmig, wenn sie in das Schwarze Loch fällt, und verschwindet, wenn sie den Schwarzschild-Radius überschreitet. Bei Annäherung an die tödliche Grenze wird die in den Trichter des Schwarzen Lochs gesaugte Materie jedoch aufgrund der zunehmenden Häufigkeit von Kollisionen zwischen vom Loch absorbierten Teilchen zwangsläufig dichter und erhitzt, bis sie sich auf die Emissionsenergien von Wellen im Schwarzen Loch erwärmt Röntgenbereich des elektromagnetischen Strahlungsspektrums. Astronomen können die Periodizität von Intensitätsänderungen dieser Art von Röntgenstrahlung messen und durch Vergleich mit anderen verfügbaren Daten die ungefähre Masse des Objekts berechnen, das Materie an sich „zieht“. Wenn die Masse eines Objekts die Chandrasekhar-Grenze (1,4 Sonnenmassen) überschreitet, kann dieses Objekt kein Weißer Zwerg sein, zu dem unser Stern zwangsläufig entarten wird. Bei den meisten identifizierten Beobachtungen solcher Röntgendoppelsterne handelt es sich bei dem massereichen Objekt um einen Neutronenstern. Allerdings gab es bereits mehr als ein Dutzend Fälle, in denen die einzig vernünftige Erklärung die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs in einem Doppelsternsystem ist.

Alle anderen Arten von Schwarzen Löchern sind viel spekulativer und basieren ausschließlich auf theoretischer Forschung – es gibt überhaupt keine experimentellen Beweise für ihre Existenz. Erstens handelt es sich dabei um Mini-Schwarze Löcher mit einer Masse, die mit der Masse eines Berges vergleichbar und auf den Radius eines Protons komprimiert ist. Die Idee ihres Ursprungs im Anfangsstadium der Entstehung des Universums unmittelbar nach dem Urknall wurde vom englischen Kosmologen Stephen Hawking geäußert (siehe Das verborgene Prinzip der Irreversibilität der Zeit). Hawking schlug vor, dass Explosionen von Minilöchern das wirklich mysteriöse Phänomen punktueller Gammastrahlenausbrüche im Universum erklären könnten. Zweitens sagen einige Theorien über Elementarteilchen die Existenz eines echten Siebs aus Schwarzen Löchern im Universum – auf Mikroebene – voraus, bei denen es sich um eine Art Schaum aus dem Müll des Universums handelt. Der Durchmesser solcher Mikrolöcher beträgt angeblich etwa 10-33 cm – sie sind milliardenfach kleiner als ein Proton. Im Moment haben wir keine Hoffnung, auch nur die Tatsache der Existenz solcher Schwarzlochteilchen experimentell zu bestätigen, ganz zu schweigen davon, ihre Eigenschaften irgendwie zu erforschen.

Und was passiert mit dem Beobachter, wenn er sich plötzlich auf der anderen Seite des Gravitationsradius, auch Ereignishorizont genannt, befindet? Hier beginnt alles erstaunliches Anwesen Schwarze Löcher. Nicht umsonst haben wir bei Schwarzen Löchern immer von der Zeit gesprochen, genauer gesagt von der Raumzeit. Nach Einsteins Relativitätstheorie gilt: Je schneller sich ein Körper bewegt, desto größer wird seine Masse, aber desto langsamer vergeht die Zeit! Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist dieser Effekt unter normalen Bedingungen nicht wahrnehmbar, aber wenn sich ein Körper (Raumschiff) mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, dann nimmt seine Masse zu und die Zeit verlangsamt sich! Wenn die Geschwindigkeit des Körpers gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, geht die Masse ins Unendliche und die Zeit bleibt stehen! Davon sprechen strenge mathematische Formeln. Kehren wir zum Schwarzen Loch zurück. Stellen wir uns eine fantastische Situation vor, wenn sich ein Raumschiff mit Astronauten an Bord dem Gravitationsradius oder Ereignishorizont nähert. Es ist klar, dass der Ereignishorizont so genannt wird, weil wir alle Ereignisse (überhaupt alles beobachten) nur bis zu dieser Grenze beobachten können. Dass wir nicht in der Lage sind, über diese Grenze hinaus zu beobachten. Doch wenn sie sich in einem Schiff befinden, das sich einem Schwarzen Loch nähert, werden sich die Astronauten genauso fühlen wie zuvor, denn ... Laut ihrer Uhr läuft die Zeit „normal“. Das Raumschiff wird ruhig den Ereignishorizont überqueren und weiterfliegen. Da seine Geschwindigkeit jedoch nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt, wird das Raumschiff buchstäblich augenblicklich das Zentrum des Schwarzen Lochs erreichen.

Und für einen externen Beobachter bleibt das Raumschiff einfach am Ereignishorizont stehen und bleibt dort fast für immer! Das ist das Paradoxon der enormen Schwerkraft von Schwarzen Löchern. Die natürliche Frage ist, ob die Astronauten, die nach der Uhr eines externen Beobachters in die Unendlichkeit fliegen, am Leben bleiben. NEIN. Und der Punkt liegt überhaupt nicht in der enormen Schwerkraft, sondern in den Gezeitenkräften, die sich bei einem so kleinen und massiven Körper über kurze Distanzen stark ändern. Bei einer Körpergröße eines Astronauten von 1 m 70 cm sind die Gezeitenkräfte an seinem Kopf viel geringer als an seinen Füßen und er wird bereits am Ereignishorizont einfach auseinandergerissen. Wir sind also dabei allgemeiner Überblick Ich habe herausgefunden, was Schwarze Löcher sind, aber bisher haben wir über Schwarze Löcher mit Sternmasse gesprochen. Derzeit haben Astronomen supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, deren Masse eine Milliarde Sonnen betragen kann! Supermassereiche Schwarze Löcher unterscheiden sich in ihren Eigenschaften nicht von ihren kleineren Gegenstücken. Sie sind nur viel massereicher und befinden sich in der Regel in den Zentren von Galaxien – den Sterninseln des Universums. Im Zentrum unserer Galaxie (Milchstraße) befindet sich ebenfalls ein supermassereiches Schwarzes Loch. Die kolossale Masse solcher Schwarzen Löcher wird es ermöglichen, nicht nur in unserer Galaxie, sondern auch in den Zentren entfernter Galaxien, die Millionen und Abermilliarden Lichtjahre von der Erde und der Sonne entfernt sind, nach ihnen zu suchen. Europäische und amerikanische Wissenschaftler führten eine weltweite Suche nach supermassereichen Schwarzen Löchern durch, die nach modernen theoretischen Berechnungen im Zentrum jeder Galaxie liegen müssten.

Moderne Technologien ermöglichen es, das Vorhandensein dieser Kollapsare in benachbarten Galaxien nachzuweisen, aber nur sehr wenige von ihnen wurden entdeckt. Das bedeutet, dass Schwarze Löcher entweder einfach in dichten Gas- und Staubwolken im zentralen Teil von Galaxien verborgen sind oder dass sie sich in weiter entfernten Ecken des Universums befinden. So können Schwarze Löcher anhand der Röntgenstrahlung entdeckt werden, die bei der Akkretion von Materie auf sie emittiert wird. Um eine Zählung solcher Quellen durchzuführen, wurden Satelliten mit Röntgenteleskopen an Bord in den erdnahen kosmischen Raum geschossen. Bei der Suche nach Röntgenquellen entdeckten die Weltraumobservatorien Chandra und Rossi, dass der Himmel mit Hintergrund-Röntgenstrahlung gefüllt war, die millionenfach heller war als in sichtbare Strahlen. Ein Großteil dieser Hintergrund-Röntgenemission vom Himmel muss von Schwarzen Löchern stammen. Normalerweise gibt es in der Astronomie drei Arten von Schwarzen Löchern. Das erste sind Schwarze Löcher mit Sternmassen (etwa 10 Sonnenmassen). Sie entstehen aus massereichen Sternen, wenn ihnen der thermonukleare Brennstoff ausgeht. Das zweite sind supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien (Millionen bis Milliarden Sonnenmassen). Und schließlich primäre Schwarze Löcher, die zu Beginn des Lebens des Universums entstanden sind und deren Massen gering sind (in der Größenordnung der Masse eines großen Asteroiden). Somit bleibt ein großer Bereich möglicher Massen Schwarzer Löcher unbefüllt. Aber wo sind diese Löcher? Sie füllen den Raum mit Röntgenstrahlen, wollen jedoch nicht ihr wahres „Gesicht“ zeigen. Um jedoch eine klare Theorie über den Zusammenhang zwischen Hintergrundröntgenstrahlung und Schwarzen Löchern aufzustellen, ist es notwendig, deren Anzahl zu kennen. Derzeit konnten Weltraumteleskope nur eine kleine Anzahl supermassereicher Schwarzer Löcher entdecken, deren Existenz als erwiesen gelten kann. Durch indirekte Zeichen lässt sich die Zahl der beobachteten Schwarzen Löcher, die für die Hintergrundstrahlung verantwortlich sind, auf 15 % erhöhen. Wir müssen davon ausgehen, dass sich die verbleibenden supermassereichen Schwarzen Löcher einfach hinter dicken Staubwolkenschichten verstecken, die nur hochenergetische Röntgenstrahlung durchlassen, oder zu weit entfernt sind, um entdeckt zu werden moderne Mittel Beobachtungen.

Supermassereiches Schwarzes Loch (Umgebung) im Zentrum der Galaxie M87 (Röntgenbild). Der Auswurf (Jet) aus dem Ereignishorizont ist sichtbar. Bild von der Website www.college.ru/astronomy

Das Auffinden versteckter Schwarzer Löcher ist eine der Hauptaufgaben der modernen Röntgenastronomie. Jüngste Durchbrüche auf diesem Gebiet, die mit der Forschung mit den Chandra- und Rossi-Teleskopen verbunden sind, decken jedoch nur den niederenergetischen Bereich der Röntgenstrahlung ab – etwa 2.000–20.000 Elektronenvolt (zum Vergleich: Die Energie optischer Strahlung beträgt etwa 2 Elektronen). -Volt). Wesentliche Änderungen an diesen Untersuchungen können durch das europäische Weltraumteleskop Integral vorgenommen werden, das in der Lage ist, in den noch unzureichend erforschten Bereich der Röntgenstrahlung mit einer Energie von 20.000 bis 300.000 Elektronenvolt vorzudringen. Die Bedeutung der Untersuchung dieser Art von Röntgenstrahlung besteht darin, dass, obwohl der Röntgenhintergrund des Himmels eine niedrige Energie aufweist, vor diesem Hintergrund mehrere Strahlungsspitzen (Punkte) mit einer Energie von etwa 30.000 Elektronenvolt auftreten. Wissenschaftler rätseln immer noch, was diese Peaks hervorruft, und Integral ist das erste Teleskop, das empfindlich genug ist, solche Röntgenquellen zu entdecken. Laut Astronomen erzeugen hochenergetische Strahlen sogenannte Compton-dicke Objekte, also supermassereiche Schwarze Löcher, die von einer Staubhülle umgeben sind. Es sind Compton-Objekte, die für Röntgenspitzen von 30.000 Elektronenvolt im Hintergrundstrahlungsfeld verantwortlich sind.

Bei der Fortsetzung ihrer Forschung kamen die Wissenschaftler jedoch zu dem Schluss, dass Compton-Objekte nur 10 % der Anzahl der Schwarzen Löcher ausmachen, die Hochenergiespitzen erzeugen sollten. Dies stellt ein ernstes Hindernis für die Weiterentwicklung der Theorie dar. Die fehlenden Röntgenstrahlen stammen also nicht von Compton-dicken, sondern von gewöhnlichen supermassereichen Schwarzen Löchern? Wie wäre es dann mit Staubvorhängen für Niedrigenergie-Röntgenstrahlen? Die Antwort scheint in der Tatsache zu liegen, dass viele Schwarze Löcher (Compton-Objekte) genug Zeit hatten, das gesamte Gas und den Staub, der sie umhüllte, zu absorbieren, zuvor aber die Gelegenheit hatten, sich mit hochenergetischer Röntgenstrahlung zu bemerkbar zu machen. Nachdem sie die gesamte Materie verbraucht hatten, waren solche Schwarzen Löcher am Ereignishorizont nicht mehr in der Lage, Röntgenstrahlung zu erzeugen. Es wird klar, warum diese Schwarzen Löcher nicht entdeckt werden können, und es wird möglich, ihnen die fehlenden Quellen der Hintergrundstrahlung zuzuordnen, da das Schwarze Loch zwar nicht mehr emittiert, die zuvor erzeugte Strahlung jedoch weiterhin durch das Universum wandert. Es ist jedoch möglich, dass die fehlenden Schwarzen Löcher versteckter sind, als den Astronomen bewusst ist. Das heißt, nur weil wir sie nicht sehen, heißt das nicht, dass sie nicht da sind. Es ist nur so, dass wir noch nicht genug Beobachtungsgabe haben, um sie zu sehen. Unterdessen planen NASA-Wissenschaftler, die Suche nach versteckten Schwarzen Löchern noch weiter ins Universum auszuweiten. Sie glauben, dass sich hier der Unterwasserteil des Eisbergs befindet. Über mehrere Monate hinweg wird im Rahmen der Swift-Mission geforscht. Ein Vorstoß in die Tiefen des Universums wird verborgene Schwarze Löcher aufdecken, die fehlende Verbindung zur Hintergrundstrahlung finden und Aufschluss über ihre Aktivität in der frühen Ära des Universums geben.

Es wird angenommen, dass einige Schwarze Löcher aktiver sind als ihre ruhigen Nachbarn. Aktive Schwarze Löcher absorbieren die umgebende Materie, und wenn ein „unvorsichtiger“ vorbeifliegender Stern in den Flug der Schwerkraft gerät, wird er mit Sicherheit auf barbarischste Weise „gefressen“ (in Stücke gerissen). Das absorbierte Material fällt in ein Schwarzes Loch, wird auf enorme Temperaturen erhitzt und erfährt einen Ausbruch im Gamma-, Röntgen- und Ultraviolettbereich. Es gibt auch ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße, aber es ist schwieriger zu untersuchen als Löcher in benachbarten oder sogar entfernten Galaxien. Dies liegt an der dichten Wand aus Gas und Staub, die dem Zentrum unserer Galaxie im Weg steht, da sich das Sonnensystem fast am Rand der galaktischen Scheibe befindet. Daher sind Beobachtungen der Aktivität von Schwarzen Löchern in Galaxien, deren Kerne deutlich sichtbar sind, viel effektiver. Bei der Beobachtung einer der entfernten Galaxien im Sternbild Bootes in einer Entfernung von 4 Milliarden Lichtjahren gelang es Astronomen erstmals, den Prozess der Absorption eines Sterns durch ein supermassereiches Schwarzes Loch vom Anfang bis fast zum Ende zu verfolgen. Tausende von Jahren ruhte dieser riesige Kollapsar ruhig und friedlich im Zentrum einer namenlosen elliptischen Galaxie, bis einer der Sterne es wagte, nahe genug an ihn heranzukommen.

Die starke Schwerkraft des Schwarzen Lochs riss den Stern auseinander. Materieklumpen begannen auf das Schwarze Loch zu fallen und flammten beim Erreichen des Ereignishorizonts hell im ultravioletten Bereich auf. Diese Fackeln wurden vom neuen Weltraumteleskop Galaxy Evolution Explorer der NASA aufgezeichnet, das den Himmel im ultravioletten Licht untersucht. Das Teleskop beobachtet auch heute noch das Verhalten des ausgezeichneten Objekts, denn Die Mahlzeit des Schwarzen Lochs ist noch nicht beendet und die Überreste des Sterns fallen weiterhin in den Abgrund von Zeit und Raum. Beobachtungen solcher Prozesse werden letztendlich dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich Schwarze Löcher zusammen mit ihren Muttergalaxien entwickeln (oder umgekehrt: Galaxien entwickeln sich mit einem übergeordneten Schwarzen Loch). Frühere Beobachtungen deuten darauf hin, dass solche Exzesse im Universum keine Seltenheit sind. Wissenschaftler haben berechnet, dass ein Stern in einer typischen Galaxie im Durchschnitt alle 10.000 Jahre von einem supermassiven Schwarzen Loch verschlungen wird. Da es jedoch eine große Anzahl von Galaxien gibt, kann die Sternabsorption viel häufiger beobachtet werden.

Quelle

Trotz der enormen Erfolge auf dem Gebiet der Physik und Astronomie gibt es viele Phänomene, deren Wesen noch nicht vollständig geklärt ist. Zu diesen Phänomenen gehören mysteriöse Schwarze Löcher, über die alle Informationen nur theoretisch sind und nicht auf praktische Weise überprüft werden können.

Gibt es Schwarze Löcher?

Noch vor dem Aufkommen der Relativitätstheorie schlugen Astronomen eine Theorie über die Existenz schwarzer Trichter vor. Nach der Veröffentlichung von Einsteins Theorie wurde die Frage der Schwerkraft überarbeitet und es tauchten neue Annahmen zum Problem der Schwarzen Löcher auf. Es ist unrealistisch, dieses kosmische Objekt zu sehen, da es das gesamte in seinen Raum eintretende Licht absorbiert. Wissenschaftler beweisen die Existenz von Schwarzen Löchern anhand der Analyse der Bewegung interstellaren Gases und der Flugbahnen von Sternen.

Die Bildung von Schwarzen Löchern führt zu Veränderungen der Raum-Zeit-Eigenschaften um sie herum. Die Zeit scheint unter dem Einfluss der enormen Schwerkraft komprimiert zu werden und verlangsamt sich. Sterne, die sich im Weg eines schwarzen Trichters befinden, können von ihrer Route abweichen und sogar die Richtung ändern. Schwarze Löcher absorbieren die Energie ihres Zwillingssterns, was sich auch manifestiert.

Wie sieht ein Schwarzes Loch aus?

Informationen über Schwarze Löcher sind größtenteils hypothetisch. Wissenschaftler untersuchen sie auf ihre Wirkung auf den Weltraum und die Strahlung. Es ist nicht möglich, schwarze Löcher im Universum zu sehen, da sie das gesamte Licht absorbieren, das in den nahegelegenen Weltraum gelangt. Von speziellen Satelliten wurde ein Röntgenbild von schwarzen Objekten aufgenommen, das ein helles Zentrum zeigt, das die Quelle der Strahlen ist.

Wie entstehen Schwarze Löcher?

Ein Schwarzes Loch im Weltraum ist eine separate Welt mit eigenen einzigartigen Eigenschaften und Eigenschaften. Die Eigenschaften kosmischer Löcher werden durch die Gründe für ihr Auftreten bestimmt. Bezüglich des Aussehens schwarzer Objekte gibt es folgende Theorien:

1. Sie sind das Ergebnis von Zusammenbrüchen im Weltraum. Dies könnte eine Kollision großer kosmischer Körper oder eine Supernova-Explosion sein.
2. Sie entstehen durch die Gewichtung von Weltraumobjekten unter Beibehaltung ihrer Größe. Der Grund für dieses Phänomen wurde nicht ermittelt.

Ein schwarzer Trichter ist ein Objekt im Weltraum, das relativ klein ist, aber eine große Masse hat. Die Theorie des Schwarzen Lochs besagt, dass jedes kosmische Objekt potenziell zu einem Schwarzen Trichter werden kann, wenn es aufgrund einiger Phänomene seine Größe verliert, aber seine Masse behält. Wissenschaftler sprechen sogar von der Existenz vieler schwarzer Mikrolöcher – Miniaturlöcher Weltraumobjekte mit relativ großer Masse. Diese Diskrepanz zwischen Masse und Größe führt zu einer Vergrößerung des Gravitationsfeldes und dem Auftreten einer starken Anziehung.

Was ist in einem Schwarzen Loch?

Das schwarze, mysteriöse Objekt kann nur als großes Loch bezeichnet werden. Das Zentrum dieses Phänomens ist ein kosmischer Körper mit erhöhter Schwerkraft. Das Ergebnis dieser Schwerkraft ist eine starke Anziehungskraft auf die Oberfläche dieses kosmischen Körpers. Dadurch entsteht eine Wirbelströmung, in der Gase und Körner rotieren kosmischer Staub. Daher ist es richtiger, ein Schwarzes Loch als Schwarzen Trichter zu bezeichnen.

Es ist praktisch unmöglich herauszufinden, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, da die Schwerkraft des kosmischen Wirbels es keinem Objekt erlaubt, aus seinem Einflussbereich zu entkommen. Laut Wissenschaftlern im Inneren eines Schwarzen Lochs völlige Dunkelheit, weil Lichtquanten darin unwiderruflich verschwinden. Es wird angenommen, dass Raum und Zeit im schwarzen Trichter verzerrt sind; die Gesetze der Physik und Geometrie gelten an diesem Ort nicht. Solche Eigenschaften von Schwarzen Löchern könnten vermutlich zur Bildung von Antimaterie führen, was Wissenschaftlern derzeit unbekannt ist.

Warum sind Schwarze Löcher gefährlich?

Schwarze Löcher werden manchmal als Objekte beschrieben, die umgebende Objekte, Strahlung und Partikel absorbieren. Diese Vorstellung ist falsch: Die Eigenschaften eines Schwarzen Lochs erlauben es ihm, nur das zu absorbieren, was in seinen Einflussbereich fällt. Es kann kosmische Mikropartikel und Strahlung absorbieren, die von Zwillingssternen ausgehen. Selbst wenn sich ein Planet in der Nähe eines Schwarzen Lochs befindet, wird er nicht absorbiert, sondern bewegt sich weiter auf seiner Umlaufbahn.

Was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt?

Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern hängen von der Stärke des Gravitationsfeldes ab. Schwarze Trichter ziehen alles an, was in ihren Einflussbereich kommt. In diesem Fall ändern sich die raumzeitlichen Eigenschaften. Wissenschaftler, die sich mit Schwarzen Löchern befassen, sind sich nicht einig darüber, was mit den Objekten in diesem Wirbel passiert:

• Einige Wissenschaftler vermuten, dass alle Objekte, die in diese Löcher fallen, gestreckt oder in Stücke gerissen werden und keine Zeit haben, die Oberfläche des anziehenden Objekts zu erreichen.
• Andere Wissenschaftler behaupten, dass in Löchern alle üblichen Eigenschaften verzerrt sind, sodass Objekte dort in Zeit und Raum zu verschwinden scheinen. Aus diesem Grund werden Schwarze Löcher manchmal als Tore zu anderen Welten bezeichnet.

Arten von Schwarzen Löchern

Schwarze Trichter werden je nach Art ihrer Entstehung in Typen unterteilt:

1. Schwarze Objekte mit Sternmasse entstehen am Ende des Lebens einiger Sterne. Die vollständige Verbrennung eines Sterns und das Ende thermonuklearer Reaktionen führt zur Kompression des Sterns. Wenn der Stern einem Gravitationskollaps unterliegt, kann er sich in einen schwarzen Trichter verwandeln.
2. Supermassive schwarze Trichter. Wissenschaftler behaupten, dass der Kern jeder Galaxie ein supermassereicher Trichter ist, dessen Bildung der Beginn der Entstehung einer neuen Galaxie ist.
3. Ursprüngliche schwarze Löcher. Dies kann Löcher enthalten verschiedene Gewichte, einschließlich Mikrolöchern, die aufgrund von Diskrepanzen in der Materiedichte und der Gravitationskraft entstehen. Solche Löcher sind Trichter, die am Anfang des Universums entstanden sind. Dazu gehören auch Objekte wie ein haariges Schwarzes Loch. Diese Löcher zeichnen sich durch das Vorhandensein haarähnlicher Strahlen aus. Es wird angenommen, dass diese Photonen und Gravitonen einen Teil der Informationen behalten, die in das Schwarze Loch fallen.
4. Quantenschwarze Löcher. Sie entstehen durch Kernreaktionen und leben nur kurze Zeit. Quantentrichter sind von größtem Interesse, da ihre Untersuchung dazu beitragen kann, Fragen zum Problem schwarzer kosmischer Objekte zu beantworten.
5. Einige Wissenschaftler identifizieren diese Art von Weltraumobjekten als haariges Schwarzes Loch. Diese Löcher zeichnen sich durch das Vorhandensein haarähnlicher Strahlen aus. Es wird angenommen, dass diese Photonen und Gravitonen einen Teil der Informationen behalten, die in das Schwarze Loch fallen.

Das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch

Das nächste Schwarze Loch ist 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es heißt V616 Monocerotis oder V616 Mon. Sein Gewicht erreicht 9-13 Sonnenmassen. Der Doppelsternpartner dieses Lochs ist ein Stern mit der halben Masse der Sonne. Ein weiterer relativ erdnaher Trichter ist Cygnus X-1. Es liegt 6.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und wiegt 15-mal mehr als die Sonne. Dieses kosmische Schwarze Loch hat auch einen eigenen binären Partner, dessen Bewegung hilft, den Einfluss von Cygnus X-1 nachzuvollziehen.

Schwarze Löcher – interessante Fakten

Wissenschaftler erzählen die folgenden interessanten Fakten über schwarze Objekte:

1. Wenn wir berücksichtigen, dass diese Objekte das Zentrum von Galaxien sind, müssen wir, um den größten Trichter zu finden, die größte Galaxie entdecken. Daher ist das größte Schwarze Loch im Universum der Trichter in der Galaxie IC 1101 im Zentrum des Abell 2029-Clusters.
2. Schwarze Objekte sehen tatsächlich wie mehrfarbige Objekte aus. Der Grund dafür liegt in ihrer radiomagnetischen Strahlung.
3. In der Mitte eines Schwarzen Lochs gibt es keine dauerhaften physikalischen oder mathematischen Gesetze. Es hängt alles von der Masse des Lochs und seinem Gravitationsfeld ab.
4. Die schwarzen Trichter verdunsten nach und nach.
5. Das Gewicht schwarzer Trichter kann unglaubliche Größen erreichen. Das größte Schwarze Loch hat eine Masse von 30 Millionen Sonnenmassen.