Kama Jua mbili: kifo kirefu zaidi cha nyota kwenye shimo jeusi kiliingia kwenye picha. Shimo jeusi ndio kitu cha kushangaza zaidi katika ulimwengu

nyumbani / Kudanganya mume

Wanasayansi walishuku kuwa nguvu ya utoaji wa moshi wa redio kutoka kwa shimo jeusi ilitegemea kiwango cha uongezekaji, lakini hapo awali hawakuzingatia uhusiano huu moja kwa moja.

Kama Upendo Haha wow Inasikitisha Mwenye hasira

Mnamo Novemba 11, 2014, mtandao wa kimataifa wa darubini ulipokea ishara kutoka kwa mlipuko uliotokea miaka milioni 300 ya mwanga kutoka duniani wakati shimo jeusi lilipasua nyota iliyokuwa ikipita. Wanaastronomia wamelenga tukio hilo kwa kutumia darubini nyingine, wakifichua zaidi jinsi mashimo meusi yanavyomeza vitu na kudhibiti ukuaji wa galaksi.

Wanasayansi kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (USA) na Chuo Kikuu cha Johns Hopkins (USA) walinasa mawimbi ya redio ambayo yalipishana kwa 90% na milipuko hiyo ya mbali ya X-ray, lakini ilitokea kwa kuchelewa kwa siku 13 kutoka kwao. Wanaamini kwamba data hiyo inapendekeza ndege kubwa ya chembechembe za nishati nyingi zinazotoka kwenye shimo jeusi kutokana na kuanguka kwa nyenzo za nyota.

Kunyonya kwa nyota na shimo jeusi katika uwakilishi wa msanii. Mkopo: ESO/L. Calcada

Mwandishi mkuu wa utafiti huo, Dehay Pasham, anaamini kwamba nguvu ya ndege iliyotolewa kutoka kwenye shimo jeusi kwa namna fulani inadhibitiwa na kiwango ambacho inalishwa na nyota iliyoharibiwa. Shimo jeusi "lililoshiba" hutoa ndege yenye nguvu, wakati shimo jeusi lenye utapiamlo hutoa ndege dhaifu au kutotoa kabisa ndege. Wanasayansi walishuku kuwa nguvu ya ejecta inategemea kiwango cha kuongezeka, lakini hapo awali hawakuona uhusiano huu moja kwa moja.

Mada ya majadiliano

Kulingana na mifano ya kinadharia ya mageuzi ya shimo jeusi pamoja na uchunguzi wa galaksi za mbali, wanasayansi wana uelewa sawa wa kile kinachotokea wakati wa tukio la usumbufu wa mawimbi: Wakati nyota inapita karibu na shimo jeusi, mvuto wa shimo jeusi husisimua nguvu za mawimbi kwenye nyota. , sawa na jinsi Mwezi unavyotengeneza mawimbi ya bahari duniani. Uzito wa shimo jeusi ni kubwa sana hivi kwamba unaweza kuharibu nyota. Uchafu wa nyota huanguka kwenye kimbunga cha nyenzo ambacho hulisha monster.

Mchakato mzima hutoa mlipuko mkubwa wa nishati kwenye wigo mzima wa sumakuumeme. Wanasayansi wameziona katika bendi za macho, ultraviolet na x-ray, pamoja na mawimbi ya redio. Chanzo cha mionzi ya X kinaaminika kuwa nyenzo za baridi kali kutoka ndani ya diski ya accretion, ambayo inakaribia kuanguka kwenye shimo nyeusi, wakati mionzi ya macho na ya ultraviolet ina uwezekano wa kuja kutoka maeneo ya nje ya disk ya accretion.

Hata hivyo, kile kinachozalisha uzalishaji wa redio wakati wa usumbufu wa mawimbi bado kinajadiliwa. Wanasayansi fulani wanapendekeza kwamba wakati wa mlipuko wa nyota, wimbi la mshtuko huenea nje na kusisimua chembe za plasma katika mazingira, ambayo, kwa upande wake, hutoa mawimbi ya redio. Katika hali kama hii, muundo wa mawimbi ya redio ungekuwa tofauti kabisa na ule wa mionzi ya X inayotoka kwenye vifusi vya nyota, na changamoto ya utafiti mpya ambayo ni dhana.

Mchoro wa shear

Dehay Pasham na mwenzake Sjort van Velzen wa Chuo Kikuu cha Johns Hopkins walipitia data kutoka kwa mlipuko uliogunduliwa mwaka wa 2014 na mtandao wa darubini ya kimataifa wa All-sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN). Muda mfupi baada ya ugunduzi huu, darubini kadhaa zilizingatia tukio hili lisilo la kawaida. Wanasayansi hao walifuatilia uchunguzi wa redio wa darubini tatu kwa muda wa siku 180 na wakapata uwiano wa wazi na data ya X-ray ya tukio hilo hilo, ingawa ilibadilishwa kidogo kwa wakati. Wanaastronomia wamegundua kuwa hifadhidata zina ufanano wa asilimia 90 zinapobadilishwa kwa siku 13. Hiyo ni, kushuka kwa thamani katika wigo wa X-ray baada ya siku 13 kulionekana kwenye safu ya redio.

"Mchakato wa kimwili tu ambao kwa namna fulani unahusiana na utoaji wa X-ray wa mtiririko wa kuongezeka kwa eneo la uzalishaji wa redio unaweza kuamua uhusiano kama huo," anaelezea Dehay Pasham.

Kutokana na data hiyohiyo, wanasayansi walihesabu kwamba ukubwa wa eneo linalotokeza X-ray ni takriban mara 25 ya ukubwa wa Jua, wakati eneo linalotoa redio ni takriban mara 400,000 ya radius ya Jua. Timu hiyo inakisia kwamba mawimbi ya redio hutolewa na ndege ya chembechembe zenye nishati nyingi ambazo zilianza kutiririka kutoka kwenye shimo jeusi muda mfupi baada ya kunyonya nyenzo kutoka kwa nyota iliyoharibiwa.

Kwa kuwa eneo la ndege ambayo mawimbi ya redio yaliundwa imejaa sana elektroni, mionzi mingi ilichukuliwa mara moja na elektroni zingine. Wakati tu elektroni ziliposonga kando ya ndege ndipo mawimbi ya redio yalitolewa. Hii ilikuwa ishara kwamba watafiti hatimaye kupatikana. Kwa hivyo, nguvu ya ndege inadhibitiwa na kiwango cha uongezekaji ambapo shimo nyeusi inachukua uchafu wa nyota unaotoa katika safu ya X-ray.

Dk. Jane Lisin Dai na Prof. Enrico Ramirez-Ruiz wa Taasisi ya Niels Bohr waliwasilisha muundo muhimu wa kompyuta. Kwa msaada wake, unaweza kusoma tukio la uharibifu wa mawimbi - nadra, lakini matukio yenye nguvu sana katika vituo vya galactic.

Uharibifu wa mawimbi

Katikati ya kila kundi kubwa la nyota kuna shimo jeusi kubwa mno ambalo ni kubwa zaidi ya mamilioni na mabilioni ya lile la jua. Lakini nyingi ni ngumu kutazama kwa sababu hazitoi mionzi. Hii hutokea wakati aina fulani ya nyenzo inavutwa kwenye uwanja wa mvuto wenye nguvu sana wa shimo jeusi. Takriban kila baada ya miaka 10,000 katika galaksi moja, nyota hukaribia umbali hatari hadi kwenye shimo, na uzito wa gala la pili husambaratisha kitu hicho. Tukio hili linaitwa wimbi la mvuto.

Katika mchakato huu, shimo nyeusi limejaa uchafu wa nyota kwa muda fulani. Wakati gesi ya nyota inatumiwa, kiasi kikubwa cha mionzi hutolewa. Shukrani kwa hili, sifa za shimo zinaweza kujifunza.

Mfano uliounganishwa

Katika wimbi la juu, mashimo mengine hutoa X-rays, wakati mengine hutoa mwanga unaoonekana na UV. Ni muhimu kuelewa utofauti huu na kuweka pamoja fumbo zima. Katika mtindo mpya, walijaribu kuzingatia angle ya kutazama ya mwangalizi wa kidunia. Wanasayansi huchunguza ulimwengu, lakini galaksi zimeelekezwa kwa nasibu.

Mtindo mpya unachanganya vipengele kutoka kwa uhusiano wa jumla, uwanja wa sumaku, mionzi na gesi, ambayo inafanya uwezekano wa kutazama tukio la mawimbi kutoka kwa maoni tofauti na kukusanya vitendo vyote katika muundo mmoja.

Ushirikiano na matarajio

Kazi hiyo iliwezekana kupitia ushirikiano kati ya Taasisi ya Niels Bohr na Chuo Kikuu cha California, Santa Cruz. Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Maryland pia walijiunga. Zana za kisasa za kompyuta zilitumiwa kutatua tatizo. Ufanisi huo ulitoa matarajio ya uwanja unaokua kwa kasi wa utafiti.

Ulimwengu usio na mipaka umejaa siri, siri na vitendawili. Licha ya ukweli kwamba sayansi ya kisasa imepiga hatua kubwa mbele katika uchunguzi wa anga, mengi katika ulimwengu huu mkubwa bado hayaeleweki kwa mtazamo wa ulimwengu wa mwanadamu. Tunajua mengi kuhusu nyota, nebulae, makundi na sayari. Walakini, katika ukubwa wa Ulimwengu kuna vitu kama hivyo, uwepo ambao tunaweza kukisia tu. Kwa mfano, tunajua kidogo sana kuhusu shimo nyeusi. Taarifa za msingi na ujuzi kuhusu asili ya shimo nyeusi ni msingi wa mawazo na dhana. Wanajimu na wanasayansi wa atomiki wamekuwa wakipambana na suala hili kwa zaidi ya miaka kumi na mbili. Shimo jeusi kwenye nafasi ni nini? Ni nini asili ya vitu kama hivyo?

Kuzungumza juu ya shimo nyeusi kwa maneno rahisi

Ili kufikiria jinsi shimo nyeusi inaonekana, inatosha kuona mkia wa treni ukiacha handaki. Taa za mawimbi kwenye gari la mwisho treni inapozidi kuingia ndani ya handaki zitapungua kwa ukubwa hadi zitakapotoweka kabisa. Kwa maneno mengine, haya ni vitu ambapo, kwa sababu ya kivutio kikubwa, hata mwanga hupotea. Chembe za msingi, elektroni, protoni na fotoni haziwezi kushinda kizuizi kisichoonekana, huanguka kwenye shimo nyeusi la kutokuwa na kitu, kwa hivyo shimo kama hilo kwenye nafasi liliitwa nyeusi. Hakuna doa nyepesi ndani yake, weusi thabiti na usio na mwisho. Ni nini kiko upande wa pili wa shimo nyeusi haijulikani.

Kisafishaji hiki cha utupu cha anga kina nguvu nyingi sana ya mvuto na kinaweza kunyonya galaksi nzima yenye makundi yote makubwa ya nyota, yenye nebulae na mada nyeusi kuwashwa. Je, hili linawezekanaje? Inabaki kukisia tu. Sheria za fizikia zinazojulikana kwetu katika kesi hii ni kupasuka kwa seams na haitoi maelezo kwa taratibu zinazoendelea. Kiini cha kitendawili kiko katika ukweli kwamba katika sehemu fulani ya Ulimwengu, mwingiliano wa mvuto wa miili imedhamiriwa na wingi wao. Mchakato wa kunyonya na kitu kimoja cha mwingine hauathiriwa na muundo wao wa ubora na wa kiasi. Chembe, baada ya kufikia kiwango muhimu katika eneo fulani, ingiza kiwango kingine cha mwingiliano, ambapo nguvu za mvuto huwa nguvu za kivutio. Mwili, kitu, dutu au jambo chini ya ushawishi wa mvuto huanza kupungua, kufikia msongamano mkubwa.

Takriban michakato hiyo hutokea wakati wa kuundwa kwa nyota ya nyutroni, ambapo vitu vya nyota vinasisitizwa kwa kiasi chini ya ushawishi wa mvuto wa ndani. Elektroni zisizolipishwa huchanganyika na protoni kuunda chembe zisizoegemea umeme zinazoitwa neutroni. Msongamano wa dutu hii ni kubwa sana. Chembe ya maada yenye ukubwa wa kipande cha sukari iliyosafishwa ina uzito wa mabilioni ya tani. Hapa itakuwa sahihi kukumbuka nadharia ya jumla ya uhusiano, ambapo nafasi na wakati ni wingi unaoendelea. Kwa hiyo, mchakato wa ukandamizaji hauwezi kusimamishwa nusu na kwa hiyo hauna kikomo.

Uwezekano, shimo jeusi linaonekana kama shimo ambalo kunaweza kuwa na mpito kutoka sehemu moja ya nafasi hadi nyingine. Wakati huo huo, mali ya nafasi na wakati yenyewe hubadilika, inaendelea kwenye funnel ya muda wa nafasi. Kufikia sehemu ya chini ya faneli hii, jambo lolote huharibika na kuwa quanta. Je, ni nini upande wa pili wa shimo jeusi, shimo hili kubwa? Labda kuna nafasi nyingine ambapo sheria zingine hufanya kazi na wakati unapita kinyume.

Katika muktadha wa nadharia ya uhusiano, nadharia ya shimo nyeusi ni kama ifuatavyo. Sehemu katika nafasi, ambapo nguvu za uvutano zimekandamiza jambo lolote kwa vipimo vya hadubini, ina nguvu kubwa ya mvuto, ambayo ukubwa wake huongezeka hadi usio na mwisho. Mkunjo wa wakati unaonekana, na nafasi imejipinda, ikifunga kwa nukta moja. Vitu vilivyomezwa na tundu jeusi haviwezi kustahimili nguvu ya kutendua kisafishaji hiki cha kutisha chenyewe. Hata kasi ya mwanga inayomilikiwa na quanta hairuhusu chembe za msingi kushinda nguvu ya mvuto. Mwili wowote unaofikia hatua kama hiyo huacha kuwa nyenzo, ikiunganishwa na kiputo cha muda wa nafasi.

Shimo nyeusi katika suala la sayansi

Ikiwa unajiuliza, shimo nyeusi huundaje? Hakutakuwa na jibu moja. Kuna utata mwingi na utata katika Ulimwengu ambao hauwezi kuelezewa kutoka kwa mtazamo wa sayansi. Nadharia ya Einstein ya uhusiano inaruhusu tu maelezo ya kinadharia ya asili ya vitu vile, lakini mechanics ya quantum na fizikia ni kimya katika kesi hii.

Kujaribu kuelezea michakato inayoendelea na sheria za fizikia, picha itaonekana kama hii. Kitu kilichoundwa kutokana na mgandamizo mkubwa wa mvuto wa mwili mkubwa au wa ajabu wa ulimwengu. Utaratibu huu una jina la kisayansi - kuanguka kwa mvuto. Neno "shimo nyeusi" lilionekana kwa mara ya kwanza katika jumuiya ya wanasayansi mwaka wa 1968, wakati mwanaastronomia na mwanafizikia wa Marekani John Wheeler alijaribu kueleza hali ya kuanguka kwa nyota. Kwa mujibu wa nadharia yake, mahali pa nyota kubwa ambayo imepata kuanguka kwa mvuto, pengo la anga na la muda linaonekana, ambalo compression inayoongezeka daima hufanya. Kila kitu ambacho nyota ilijumuisha huenda ndani yenyewe.

Maelezo kama haya huturuhusu kuhitimisha kuwa asili ya shimo nyeusi haihusiani kwa njia yoyote na michakato inayotokea katika Ulimwengu. Kila kitu kinachotokea ndani ya kitu hiki hakiathiri nafasi inayozunguka kwa njia yoyote na moja "LAKINI". Nguvu ya uvutano ya shimo jeusi ni kubwa sana hivi kwamba inakunja nafasi, na kusababisha galaksi kuzunguka mashimo meusi. Ipasavyo, sababu ya galaksi kuchukua fomu ya ond inakuwa wazi. Itachukua muda gani kwa gala kubwa ya Milky Way kutoweka ndani ya shimo kubwa jeusi haijulikani. Ukweli wa ajabu ni kwamba mashimo nyeusi yanaweza kuonekana wakati wowote katika nafasi ya nje, ambapo hali bora zinaundwa kwa hili. Mkunjo kama huo wa wakati na nafasi huleta kasi kubwa ambayo nyota huzunguka na kusonga katika nafasi ya gala. Wakati katika shimo nyeusi unapita katika mwelekeo mwingine. Ndani ya eneo hili, hakuna sheria za mvuto zinaweza kufasiriwa kutoka kwa mtazamo wa fizikia. Hali hii inaitwa umoja wa shimo nyeusi.

Mashimo nyeusi haionyeshi ishara yoyote ya kitambulisho cha nje, kuwepo kwao kunaweza kuhukumiwa na tabia ya vitu vingine vya nafasi vinavyoathiriwa na mashamba ya mvuto. Picha nzima ya mapambano ya maisha na kifo hufanyika kwenye mpaka wa shimo nyeusi, ambalo linafunikwa na membrane. Uso huu wa kufikiria wa faneli unaitwa "upeo wa tukio". Kila kitu tunachokiona hadi kikomo hiki kinaonekana na ni nyenzo.

Matukio ya malezi ya mashimo nyeusi

Kuendeleza nadharia ya John Wheeler, tunaweza kuhitimisha kuwa siri ya shimo nyeusi sio katika mchakato wa malezi yake. Uundaji wa shimo nyeusi hutokea kama matokeo ya kuanguka kwa nyota ya neutron. Kwa kuongezea, wingi wa kitu kama hicho unapaswa kuzidi misa ya Jua kwa mara tatu au zaidi. Nyota ya nyutroni husinyaa hadi nuru yake yenyewe isiweze tena kutoka kwenye mshiko mkali wa mvuto. Kuna kikomo kwa ukubwa ambao nyota inaweza kupungua ili kuzaa shimo nyeusi. Radi hii inaitwa radius ya mvuto. Nyota kubwa katika hatua ya mwisho ya ukuaji wao inapaswa kuwa na radius ya mvuto wa kilomita kadhaa.

Leo, wanasayansi wamepata ushahidi wa kimazingira wa kuwepo kwa shimo nyeusi katika nyota kadhaa za x-ray. Nyota ya X-ray, pulsar au burster haina uso imara. Kwa kuongeza, wingi wao ni mkubwa zaidi kuliko wingi wa Suns tatu. Hali ya sasa ya anga ya juu katika kundinyota Cygnus, nyota ya X-ray Cygnus X-1, inafanya uwezekano wa kufuatilia uundaji wa vitu hivi vya ajabu.

Kulingana na utafiti na mawazo ya kinadharia, kuna hali nne za malezi ya nyota nyeusi katika sayansi leo:

kuanguka kwa mvuto wa nyota kubwa katika hatua ya mwisho ya mageuzi yake;
kuanguka kwa eneo la kati la gala;
malezi ya mashimo nyeusi wakati wa Big Bang;
malezi ya mashimo nyeusi ya quantum.

Tukio la kwanza ni la kweli zaidi, lakini idadi ya nyota nyeusi ambazo tumezifahamu leo inazidi idadi ya nyota za neutroni zinazojulikana. Na umri wa Ulimwengu sio mkubwa sana kwamba idadi kubwa kama hiyo ya nyota inaweza kupitia mchakato kamili wa mageuzi.

Hali ya pili ina haki ya kuishi, na kuna mfano wazi wa hii - shimo nyeusi kubwa Sagittarius A *, iliyohifadhiwa katikati ya gala yetu. Uzito wa kitu hiki ni misa 3.7 ya jua. Utaratibu wa hali hii ni sawa na hali ya kuanguka kwa mvuto, na tofauti pekee ni kwamba sio nyota ambayo inaanguka, lakini gesi ya nyota. Chini ya ushawishi wa nguvu za mvuto, gesi inasisitizwa kwa molekuli muhimu na wiani. Katika wakati muhimu, jambo hugawanyika kuwa quanta, na kutengeneza shimo nyeusi. Hata hivyo, nadharia hii inatia shaka, kwa kuwa wanaastronomia katika Chuo Kikuu cha Columbia walitambua hivi majuzi satelaiti za shimo jeusi la Sagittarius A*. Waligeuka kuwa mashimo mengi madogo meusi, ambayo labda yaliunda kwa njia tofauti.

Tukio la tatu ni la kinadharia zaidi na linahusiana na kuwepo kwa nadharia ya Big Bang. Wakati wa kuundwa kwa Ulimwengu, sehemu ya jambo na nyanja za mvuto zilibadilika-badilika. Kwa maneno mengine, michakato ilichukua njia tofauti, haihusiani na michakato inayojulikana ya mechanics ya quantum na fizikia ya nyuklia.

Hali ya mwisho inalenga fizikia ya mlipuko wa nyuklia. Katika makundi ya mambo, katika mchakato wa athari za nyuklia, chini ya ushawishi wa nguvu za mvuto, mlipuko hutokea, mahali ambapo shimo nyeusi huundwa. Maada hulipuka ndani, na kunyonya chembe zote.

Kuwepo na mageuzi ya mashimo nyeusi

Kuwa na wazo mbaya la asili ya vitu vya ajabu vile vya nafasi, kitu kingine kinavutia. Je, ni ukubwa gani wa kweli wa mashimo nyeusi, wanakua kwa kasi gani? Vipimo vya shimo nyeusi vinatambuliwa na radius yao ya mvuto. Kwa shimo nyeusi, radius ya shimo nyeusi imedhamiriwa na wingi wake na inaitwa radius ya Schwarzschild. Kwa mfano, ikiwa kitu kina misa sawa na wingi wa sayari yetu, basi radius ya Schwarzschild katika kesi hii ni 9 mm. Mwangaza wetu mkuu una eneo la kilomita 3. Uzani wa wastani wa shimo nyeusi linaloundwa mahali pa nyota yenye wingi wa 10⁸ raia wa jua itakuwa karibu na wiani wa maji. Radi ya malezi kama hiyo itakuwa kilomita milioni 300.

Inawezekana kwamba shimo kubwa kama hizo nyeusi ziko katikati ya galaksi. Hadi sasa, galaksi 50 zinajulikana, katikati ambayo kuna visima vikubwa vya wakati na nafasi. Uzito wa majitu kama haya ni mabilioni ya wingi wa Jua. Mtu anaweza tu kufikiria ni nini nguvu kubwa na ya kutisha ya kivutio cha shimo kama hilo.

Kuhusu mashimo madogo, hivi ni vitu vidogo, ambavyo kipenyo chake hufikia thamani zisizo na maana, ni sentimita 10¹² pekee. Uzito wa chembe kama hiyo ni 10¹⁴g. Miundo kama hii ilitokea wakati wa Big Bang, lakini baada ya muda yaliongezeka kwa ukubwa na leo wanajivunia angani kama monsters. Masharti ambayo malezi ya mashimo madogo nyeusi yalifanyika, wanasayansi leo wanajaribu kuunda tena katika hali ya kidunia. Kwa madhumuni haya, majaribio yanafanywa katika migongano ya elektroni, kwa njia ambayo chembe za msingi huharakishwa kwa kasi ya mwanga. Majaribio ya kwanza yalifanya iwezekane kupata plasma ya quark-gluon katika hali ya maabara - jambo ambalo lilikuwepo mwanzoni mwa malezi ya Ulimwengu. Majaribio hayo yanatuwezesha kutumaini kwamba shimo nyeusi duniani ni suala la muda. Jambo lingine ni ikiwa mafanikio hayo ya sayansi ya wanadamu yatageuka kuwa janga kwetu na kwa sayari yetu. Kwa kuunda shimo nyeusi, tunaweza kufungua sanduku la Pandora.

Uchunguzi wa hivi majuzi wa galaksi zingine umeruhusu wanasayansi kugundua mashimo meusi ambayo vipimo vyake vinazidi matarajio na dhana zote zinazowezekana. Mageuzi ambayo hutokea kwa vitu vile hufanya iwezekanavyo kuelewa vizuri kwa nini wingi wa mashimo nyeusi hukua, ni nini kikomo chake halisi. Wanasayansi wamefikia hitimisho kwamba shimo zote nyeusi zinazojulikana zimeongezeka kwa ukubwa wao halisi ndani ya miaka bilioni 13-14. Tofauti ya ukubwa ni kutokana na wiani wa nafasi inayozunguka. Ikiwa shimo nyeusi ina chakula cha kutosha ndani ya kufikia nguvu za mvuto, inakua kwa kiwango kikubwa na mipaka, kufikia wingi wa mamia na maelfu ya raia wa jua. Kwa hivyo saizi kubwa ya vitu kama hivyo vilivyo katikati ya galaksi. Kundi kubwa la nyota, wingi mkubwa wa gesi kati ya nyota ni chakula kingi cha ukuaji. Wakati galaksi zinaunganishwa, mashimo meusi yanaweza kuunganishwa, na kutengeneza kitu kipya zaidi.

Kwa kuzingatia uchambuzi wa michakato ya mageuzi, ni kawaida kutofautisha aina mbili za shimo nyeusi:

vitu vyenye misa mara 10 ya misa ya jua;
vitu vikubwa, ambavyo wingi wake ni mamia ya maelfu, mabilioni ya misa ya jua.

Kuna mashimo meusi na wastani wa misa ya kati sawa na misa ya jua 100-10,000, lakini asili yao bado haijulikani. Kuna takriban kitu kimoja kama hicho kwa kila galaksi. Utafiti wa nyota za X-ray ulifanya iwezekane kupata mashimo mawili ya wastani nyeusi kwa umbali wa miaka milioni 12 ya mwanga kwenye galaksi ya M82. Uzito wa kitu kimoja hutofautiana katika safu ya misa ya jua 200-800. Kitu kingine ni kikubwa zaidi na kina wingi wa misa ya jua 10-40,000. Hatima ya vitu kama hivyo ni ya kuvutia. Ziko karibu na makundi ya nyota, hatua kwa hatua zikivutiwa na shimo jeusi kubwa mno lililo katikati ya galaksi.

Sayari yetu na mashimo meusi

Licha ya utaftaji wa dalili juu ya asili ya shimo nyeusi, ulimwengu wa kisayansi unajali juu ya mahali na jukumu la shimo nyeusi katika hatima ya gala la Milky Way na, haswa, katika hatima ya sayari ya Dunia. Mkunjo wa wakati na nafasi ulio katikati ya Milky Way polepole humeza vitu vyote vilivyopo karibu. Mamilioni ya nyota na matrilioni ya tani za gesi kati ya nyota tayari zimemezwa kwenye shimo jeusi. Baada ya muda, zamu hiyo itafikia mikono ya Cygnus na Sagittarius, ambayo mfumo wa jua iko, umesafiri umbali wa miaka elfu 27 ya mwanga.

Shimo jingine jeusi lililo karibu zaidi liko katikati mwa galaksi ya Andromeda. Hii ni takriban miaka milioni 2.5 ya mwanga kutoka kwetu. Labda, kabla ya wakati ambapo kitu chetu cha Sagittarius A * kinachukua gala yake mwenyewe, tunapaswa kutarajia muunganisho wa galaksi mbili za jirani. Ipasavyo, kutakuwa na muunganisho wa shimo mbili nyeusi kubwa kuwa moja, ya kutisha na ya kutisha kwa saizi.

Jambo tofauti kabisa ni mashimo madogo nyeusi. Ili kunyonya sayari ya Dunia, shimo nyeusi na radius ya sentimita kadhaa inatosha. Shida ni kwamba, kwa asili, shimo nyeusi ni kitu kisicho na uso kabisa. Hakuna mionzi au mionzi inayotoka kwa tumbo lake, kwa hiyo ni vigumu sana kutambua kitu cha ajabu kama hicho. Ni kutoka kwa umbali wa karibu tu mtu anaweza kugundua ukingo wa taa ya nyuma, ambayo inaonyesha kuwa kuna shimo kwenye nafasi katika eneo hili la Ulimwengu.

Hadi sasa, wanasayansi wameamua kuwa shimo nyeusi karibu zaidi na Dunia ni V616 Monocerotis. Monster iko miaka 3000 ya mwanga kutoka kwa mfumo wetu. Kwa suala la ukubwa, hii ni malezi kubwa, wingi wake ni 9-13 raia wa jua. Kitu kingine cha karibu ambacho kinatishia ulimwengu wetu ni shimo nyeusi Gygnus X-1. Pamoja na monster huyu tumetenganishwa na umbali wa miaka 6000 ya mwanga. Mashimo nyeusi yaliyofunuliwa katika jirani yetu ni sehemu ya mfumo wa binary, i.e. kuwepo kwa ukaribu wa nyota inayolisha kitu kisichoshiba.

Hitimisho

Kuwepo katika nafasi ya vitu vya ajabu na vya ajabu kama shimo nyeusi, bila shaka, hutufanya tuwe macho. Hata hivyo, kila kitu kinachotokea kwa shimo nyeusi hutokea mara chache sana, kutokana na umri wa ulimwengu na umbali mkubwa. Kwa miaka bilioni 4.5, mfumo wa jua umepumzika, uliopo kulingana na sheria zinazojulikana kwetu. Wakati huu, hakuna kitu cha aina hiyo, wala upotovu wa nafasi, wala wakati wa wakati, ulionekana karibu na mfumo wa jua. Pengine, hakuna hali zinazofaa kwa hili. Sehemu hiyo ya Milky Way, ambamo mfumo wa nyota ya Jua unakaa, ni sehemu tulivu na thabiti ya nafasi.

Wanasayansi wanakubali wazo kwamba kuonekana kwa mashimo nyeusi sio ajali. Vitu kama hivyo vina jukumu la mpangilio katika Ulimwengu, na kuharibu ziada ya miili ya ulimwengu. Kuhusu hatima ya monsters wenyewe, mageuzi yao bado hayajasomwa kikamilifu. Kuna toleo kwamba shimo nyeusi sio za milele na zinaweza kukoma kuwapo katika hatua fulani. Sio siri tena kwa mtu yeyote kwamba vitu kama hivyo ni vyanzo vya nguvu zaidi vya nishati. Ni aina gani ya nishati na jinsi inavyopimwa ni suala jingine.

Kupitia juhudi za Stephen Hawking, sayansi iliwasilishwa na nadharia kwamba shimo nyeusi bado huangaza nishati, kupoteza uzito wake. Katika mawazo yake, mwanasayansi aliongozwa na nadharia ya uhusiano, ambapo michakato yote imeunganishwa na kila mmoja. Hakuna kinachotoweka tu bila kuonekana mahali pengine. Jambo lolote linaweza kubadilishwa kuwa dutu nyingine, wakati aina moja ya nishati huenda kwenye ngazi nyingine ya nishati. Hii inaweza kuwa kesi na mashimo nyeusi, ambayo ni portal ya mpito kutoka hali moja hadi nyingine.

Ikiwa una maswali yoyote - waache katika maoni chini ya makala. Sisi au wageni wetu tutafurahi kuwajibu.

Wanajimu wameandika kifo kirefu zaidi cha nyota kwenye shimo nyeusi katika historia ya uchunguzi - muda wa mchakato ulizidi kesi kama hizo kwa zaidi ya mara 10. Ukweli ni kwamba shimo nyeusi inachukua nyota mara mbili ya wingi wa Jua. Kulingana na wanasayansi, wakati wa uchunguzi wa kazi wa Ulimwengu, kifo cha nyota kubwa kama hiyo kwenye shimo nyeusi huzingatiwa kwa mara ya kwanza. Kuhusu ikiwa mchakato uliogunduliwa unaweza kutoa mwanga juu ya malezi ya shimo nyeusi za misa kubwa miaka bilioni baada ya kuibuka kwa Ulimwengu - kwenye nyenzo za RT.

Kifo cha nyota karibu na shimo nyeusi XJ1500+0154 kama inavyofikiriwa na msanii. Katika sehemu ya chini - picha ya kile kinachotokea: katika wigo unaoonekana (kushoto), katika safu ya X-ray.
nasa.gov

Nasibu ufunguzi

Mchakato huo ulirekodiwa na timu ya kimataifa ya wanasayansi wakiongozwa na Dachen Lin kutoka Kituo cha Sayansi ya Anga cha Chuo Kikuu cha New Hampshire. Matukio kama hayo katika kumbukumbu ya wanasayansi yalichukua muda wa juu wa mwaka mmoja, wakati mchakato unaofanyika karibu na shimo nyeusi inayoitwa XJ1500 + 0154 ilianza nyuma mnamo 2005. Nyota ya mawimbi imepasuliwa, na shimo jeusi kubwa zaidi linaendelea kunyonya mabaki yake.

Mionzi ya X-ray inayotolewa na vipande vya nyota vilivyochomwa hadi mamilioni ya digrii, wataalamu wa anga waliona kwa bahati kwa kutumia darubini ya anga ya XMM-Newton. Wakati huo, walikuwa wakisoma kundi la galaksi liitwalo NGC 5813 katika kundinyota la Virgo, miaka milioni 105 ya mwanga kutoka duniani. Mionzi yenye nguvu ilivutia usikivu wa wanasayansi katika hatua ya kuchambua picha za NGC 5813. Mnamo 2008, darubini ya Chandra ilirekodi kwamba nguvu ya mionzi ya kitu kilichoanguka kwenye picha kwa bahati mbaya na ilikuwa mbali zaidi kuliko nguzo iliyosomwa ya galaksi ilizidi. maadili ya kwanza yaliyorekodiwa kwa mara 100. Katika miaka iliyofuata, ikiwa ni pamoja na 2014 na 2016, darubini ya Swift ilipokea data ya ziada.

Jambo kuu ni kula sawa

"Wakati mwingi wa uchunguzi, kitu kinakua haraka," James Gillochon wa Kituo cha Harvard-Smithsonian cha Astrofizikia alisema. "Hii inaonyesha jambo lisilo la kawaida: shimo jeusi linameza nyota mara mbili ya uzito wa Jua."

Kulingana na wanasayansi, wakati wa uchunguzi wa kazi wa Ulimwengu, kifo cha nyota kubwa kama hiyo kwenye shimo nyeusi huzingatiwa kwa mara ya kwanza.

Kwa kuongezea, watafiti walibaini kuwa mionzi ya X-ray iliyorekodiwa mara kwa mara huenda zaidi ya mipaka inayoruhusiwa ya kinachojulikana kama kikomo cha Eddington. Kigezo hiki kinaonyesha uwiano wa dutu yenye joto iliyotolewa na nguvu ya mvuto ambayo huvutia dutu katikati ya kitu. Kulingana na jinsi uhusiano huu unavyokiukwa karibu na shimo jeusi lililotazamwa, wanaastrofizikia wamefikia hitimisho kwamba inakua kwa kasi zaidi kuliko kiwango kinachozingatiwa kawaida. Kulingana na wao, mashimo meusi makubwa zaidi yanaweza kuonekana kwa njia sawa miaka bilioni tu baada ya kuumbwa kwa ulimwengu. Hili ni hitimisho muhimu, kwani vitu vya zamani vya misa kubwa kama hiyo - mabilioni ya mara kubwa kuliko Jua - tayari vimerekodiwa, lakini kutokea kwao sio wazi kabisa.

Tangu miaka ya 1990, wanaastronomia wameona mara kwa mara kuoza kwa nyota na kunyonywa kwake na shimo jeusi. Katika mchakato huu, kuanguka chini ya nguvu ya mvuto wa kitu kikubwa, nyota huvunja vipande vipande. Dutu ambayo ilijumuisha inasambazwa kwa namna ya diski ya gorofa. Nyingi yake humezwa na shimo jeusi, na iliyobaki hutawanywa angani.

Katika kesi iliyorekodiwa, pamoja na kifo cha nyota mkubwa, kuna chaguo jingine, sio la kufurahisha sana. Ikiwa nyota ya ukubwa wa kawaida zaidi ilikaribia shimo nyeusi na kutengana kabisa, athari iliyozingatiwa itakuwa sawa. Kawaida, unyonyaji kamili haufanyiki, kwa hivyo tukio hili lingeonekana kwa mara ya kwanza katika uchunguzi wa nafasi.

X-rays za hivi punde

Mahali ambapo shimo jeusi liko, ambalo tayari linaitwa kwa mzaha kuwa la utani zaidi ambalo limewahi kuzingatiwa, sanjari na eneo linalodaiwa kuwa la kitu cha ulimwengu cha molekuli kubwa katikati ya gala ndogo ambapo nyota zinaunda kikamilifu. Kuhusu picha za kina za kile kinachotokea kwa umbali kama huo kutoka kwa Dunia - miaka bilioni 1.8 ya mwanga - ni wazi, hakuna haja ya kuzungumza. Walakini, wasanii waliwasilisha maono yao ya kifo cha nyota mkubwa kutokana na shimo nyeusi.

Katika miaka michache ijayo, wataalam wanatarajia kushuka kwa nguvu ya mionzi: vipande vya nyota kubwa ambayo hulisha shimo nyeusi itaisha. Baadhi yao watatawanyika katika nafasi. Wanajimu wanaona kwamba mionzi tayari imeanza kupungua, lakini kitu bado kinahifadhi mwangaza wa ajabu.

Kama watafiti walisema, wakijua juu ya uwezekano wa michakato na mali ambayo imeanzishwa, wataanza kutafuta kesi zinazofanana. Walakini, wanaona kuwa wataendelea kufuatilia XJ1500 + 0154. Kwanza, wataweza kufuatilia mabadiliko katika mionzi, ambayo, kulingana na utabiri wao, itaendelea kwa karibu miaka 10 zaidi. Pili, hitimisho lao wenyewe bado linahitaji uthibitisho zaidi.

Mashimo nyeusi ni miili pekee ya cosmic yenye uwezo wa kuvutia mwanga na mvuto. Pia ni vitu vikubwa zaidi katika ulimwengu. Huenda hatutafahamu kinachoendelea karibu na upeo wa macho wa tukio (unaojulikana kama "point of no return") hivi karibuni. Haya ndio maeneo ya kushangaza zaidi ya ulimwengu wetu, ambayo, licha ya miongo kadhaa ya utafiti, ni kidogo sana inayojulikana hadi sasa. Nakala hii ina mambo 10 ambayo yanaweza kuitwa ya kuvutia zaidi.

Mashimo meusi hayanyonyeshi kwenye jambo.

Watu wengi hufikiria shimo nyeusi kama aina ya "kisafishaji cha utupu cha ulimwengu" ambacho huchota kwenye nafasi inayozunguka. Kwa kweli, shimo nyeusi ni vitu vya kawaida vya ulimwengu ambavyo vina uwanja wa mvuto wenye nguvu sana.

Ikiwa shimo jeusi la ukubwa sawa lingetokea mahali pa Jua, Dunia isingevutwa ndani, ingezunguka katika obiti sawa na inavyofanya leo. Nyota ziko karibu na shimo nyeusi hupoteza sehemu ya misa yao kwa namna ya upepo wa nyota (hii hutokea wakati wa kuwepo kwa nyota yoyote) na mashimo nyeusi huchukua jambo hili tu.

Uwepo wa shimo nyeusi ulitabiriwa na Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild alikuwa wa kwanza kutumia nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano ili kuhalalisha kuwepo kwa "point of no return". Einstein mwenyewe hakufikiria juu ya shimo nyeusi, ingawa nadharia yake inafanya uwezekano wa kutabiri uwepo wao.

Schwarzschild alitoa maoni yake mnamo 1915, baada tu ya Einstein kuchapisha nadharia yake ya jumla ya uhusiano. Hapo ndipo neno "Schwarzschild radius" lilipokuja, thamani ambayo inakuambia ni kiasi gani unapaswa kukandamiza kitu ili kuifanya shimo nyeusi.

Kinadharia, kitu chochote kinaweza kuwa shimo nyeusi, kutokana na ukandamizaji wa kutosha. Kadiri kitu kinene, ndivyo uwanja wa mvuto unavyounda. Kwa mfano, Dunia ingekuwa shimo jeusi ikiwa kitu cha ukubwa wa karanga kingekuwa na wingi wake.

Mashimo meusi yanaweza kuibua ulimwengu mpya

Wazo kwamba mashimo meusi yanaweza kuibua ulimwengu mpya inaonekana kuwa ya kipuuzi (hasa kwa vile bado hatuna uhakika kuhusu kuwepo kwa ulimwengu mwingine). Walakini, nadharia kama hizo zinaendelezwa kikamilifu na wanasayansi.

Toleo lililorahisishwa sana la mojawapo ya nadharia hizi ni kama ifuatavyo. Ulimwengu wetu una hali nzuri za kipekee kwa kuibuka kwa maisha ndani yake. Iwapo kigezo chochote cha kimwili kilibadilika hata kidogo, tusingekuwa katika ulimwengu huu. Umoja wa shimo nyeusi hupita sheria za kawaida za fizikia na inaweza (angalau kwa nadharia) kutoa ulimwengu mpya ambao ungekuwa tofauti na wetu.

Mashimo meusi yanaweza kukugeuza (na chochote) kuwa tambi

Shimo nyeusi kunyoosha vitu vilivyo karibu nao. Vitu hivi huanza kufanana na tambi (kuna hata neno maalum - "spaghettiification").

Hii ni kutokana na jinsi mvuto unavyofanya kazi. Kwa sasa, miguu yako iko karibu na katikati ya Dunia kuliko kichwa chako, kwa hivyo inavutwa kwa nguvu zaidi. Katika uso wa shimo nyeusi, tofauti ya mvuto huanza kufanya kazi dhidi yako. Miguu inavutiwa katikati ya shimo nyeusi kwa kasi na kwa kasi, ili nusu ya juu ya torso haiwezi kuendelea nao. Matokeo: tambi!

Shimo nyeusi huvukiza baada ya muda

Mashimo nyeusi sio tu kunyonya upepo wa nyota, lakini pia hupuka. Jambo hili liligunduliwa mnamo 1974 na liliitwa mionzi ya Hawking (baada ya Stephen Hawking, ambaye aligundua).

Baada ya muda, shimo nyeusi inaweza kutoa wingi wake wote katika nafasi inayozunguka pamoja na mionzi hii na kutoweka.

Shimo nyeusi hupunguza wakati karibu nao

Unapokaribia upeo wa macho wa tukio, wakati hupungua. Ili kuelewa ni kwa nini hili hutokea, ni lazima mtu ageukie "kitendawili pacha," jaribio la mawazo ambalo mara nyingi hutumika kuelezea kanuni za msingi za nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano.

Mmoja wa mapacha hao anabaki duniani, huku mwingine akiruka angani, akisonga kwa kasi ya mwanga. Kurudi duniani, mapacha hupata kwamba kaka yake amezeeka zaidi kuliko yeye, kwa sababu wakati wa kusonga kwa kasi karibu na kasi ya mwanga, wakati hupita polepole zaidi.

Unapokaribia upeo wa tukio la shimo jeusi, utakuwa ukisogea kwa kasi kubwa hivi kwamba wakati utapungua kwa ajili yako.

Shimo nyeusi ni mitambo ya juu zaidi ya nguvu

Shimo nyeusi hutoa nishati bora kuliko Jua na nyota zingine. Hii ni kutokana na jambo linalowazunguka. Kushinda upeo wa tukio kwa kasi kubwa, jambo katika obiti ya shimo jeusi huwashwa hadi joto la juu sana. Hii inaitwa mionzi ya mwili mweusi.

Kwa kulinganisha, wakati wa fusion ya nyuklia, 0.7% ya suala hubadilishwa kuwa nishati. Karibu na shimo nyeusi, 10% ya suala inakuwa nishati!

Mashimo meusi yanaweka nafasi karibu nao

Nafasi inaweza kuzingatiwa kama bendi ya mpira iliyonyoshwa na mistari iliyochorwa juu yake. Ikiwa utaweka kitu kwenye sahani, itabadilisha sura yake. Shimo nyeusi hufanya kazi kwa njia ile ile. Uzito wao uliokithiri huvutia kila kitu yenyewe, ikiwa ni pamoja na mwanga (miale ambayo, kuendelea na mfano, inaweza kuitwa mistari kwenye sahani).

Mashimo meusi hupunguza idadi ya nyota katika ulimwengu

Nyota hutoka kwa mawingu ya gesi. Ili uundaji wa nyota uanze, wingu lazima lipoe.

Mionzi kutoka kwa miili nyeusi huzuia mawingu ya gesi kutoka kwa baridi na kuzuia uundaji wa nyota.

Kinadharia, kitu chochote kinaweza kuwa shimo nyeusi.

Tofauti pekee kati ya Jua letu na shimo jeusi ni nguvu ya uvutano. Ina nguvu zaidi katikati ya shimo jeusi kuliko katikati ya nyota. Ikiwa Jua letu lingebanwa hadi kipenyo cha takriban kilomita tano, lingeweza kuwa shimo jeusi.

Kinadharia, kitu chochote kinaweza kuwa shimo nyeusi. Kwa mazoezi, tunajua kuwa shimo nyeusi huibuka tu kama matokeo ya kuanguka kwa nyota kubwa, kuzidi misa ya Jua kwa mara 20-30.