МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний авіаційний університет
Факультет екологічної безпеки інженерії та технологій
Кафедра Аерокосмічної Геодезії та зумлеустро.
Ессе на тему:
Чорні діри - загадкові об’єкти всесвіту
| Студентки І курсу групи ЗК-106М ___Самойлової Анжеліки____ (прізвище, ім'я) | Викладач: __Іщенко М.В.__ (прізвище, ім'я, по батькові) |
Київ 2021
ЧОРНІ ДІРИ – ЗАГАДКОВІ ОБ’ЄКТИ ВСЕСВІТУ
У нашому всесвіті є дуже багато незвичайного. Одним з найцікавіших об’єктів у ньому є чорні діри. Про них відомо всім, але ніхто не знає напевно, що це за об’єкти, що вони собою представляють та чим вони цікаві. Тому давайте розберемося у цьому разом.
Чорними дірами вчені-фізики називають область простору з дуже потужним тяжінням, що ані речовина, ані випромінювання (у тому числі світло) не можуть її покинути. Щоб вийти за межі цього об’єкту тілу потрібно надати швидкість більшу за швидкість світла. Згідно з сучасними уявленнями, максимальна швидкість руху частинок і поширення фізичних взаємодій рівна 299792458 м/с. Тому покинути чорну діру неможливо. Область, з якої світло уже не може повернутися назад, називають горизонтом подій або ж сферою Шварцшильда.
Англійський вчений Джон Мічелл у 1783 році висунув припущення, що у природі існують дуже масивні зорі, гравітаційне поле яких настільки потужне, що швидкість, яка потрібна для його подолання дорівнює швидкості світла, або має бути більшою за неї.
З чого-ж складається чорна діра? Вивчаючи різні інтернет-ресурси, я виявила інформацію, що чорна діра насправді не порожня. Навпаки, вона заповнена величезною масою матерії, стиснутої у невеликому об’ємі, що створює величезну силу тяжіння. Навколо чорної діри розміщується область, яку називають горизонтом подій. Це уявна межа в просторі, «точка неповернення», після перетину якої вирватися з гравітаційної пастки вже неможливо.
Чорну діру складно навіть уявити, адже там перестають діяти усі відомі нам закони фізики. Будь-які спроби розрахувати характеристики таких об'єктів за допомогою рівнянь або дають нескінченність, або взагалі втрачають сенс.
В теорії, чорні діри можуть бути різного розміру: від зовсім крихітних, що утворилися на початку існування Всесвіту (їх називають первинними), до справжніх велетнів, маса яких перевищує сонячну в десятки мільярдів разів.
Є різні теорії утворення чорних дір. Одна з них говорить, що надмасивні чорні діри утворюються внаслідок смерті величезних зірок: під дією гравітації їхні ядра стискаються і зірка, по суті поглинає сама себе, перетворюючись в надзвичайно важкий об’єкт із сильним гравітаційним полем. Вважається що надмасивні чорні діри з’явилися на світ одночасно з галактиками, у яких вони формуються. Існують ще так звані блукаючі чорні діри, які вільно пересуваються у космосі, поглинаючи все, до чого наближаються. Поява таких дір провокує зіткнення галактик.
Надмасивних чорних дір відомо чимало. Вони розташовані в центрі багатьох галактик, зокрема нашого Чумацького шляху. Однак дотепер вченим не вдалося знайти чорну діру з масою меншою, ніж п’ять сонячних мас.
У нашому всесвіті існує два види чорних дір: відносно невеликого розміру і надмасивні чорні діри. Надмасивні чорні діри в центрі галактик – зокрема і в центрі нашого Чумацького шляху. Маси таких об’єктів – мільйони або й мільярди мас Сонця. Вчені спостерігали за такими чорними дірами ще до того, як дізналися, чим вони є. Але нещодавно вчені відкрили чорну діру яка розташована найближче з усіх інших до нашої Сонячної системи. Вона з усіх відомих чорних дір найменша, – настільки, що не вписується у наявну класифікацію. Для неї доведеться вигадати нову категорію. Назвати цю чорну діру «крихіткою» можна лише за космічними мірками. Вона приблизно втричі важча за Сонце, тобто майже у мільйон разів перевищує масу нашої планети.
Виявлена чорна діра розташована в нашій галактиці Чумацький шлях, у сузір’ї Єдинорогу, але від землі до неї приблизно 1500 світлових років (один світловий рік це відстань за яку долає світло за рік). За космічними мірками це дійсно близько. Автори відкриття вже назвали карликову чорну діру Єдинорогом - за її унікальність і розташування. У центрі нашої галактики також є чорна діра, вона називається Стрілець А, розташована подалі від Землі – приблизно у 18 разів далі ніж та діра яка знаходиться у сузір’ї Єдинорогу.
Цікаво те що маса діри Єдинорогу має масу лише втричі більшу за сонячну – перебуває на межі мінімально можливої для того, щоб після закінчення свого життєвого циклу зірка змогла перетворитися на чорну діру.
Нашій галактиці пощастило – чорна діра в її центрі відносно спокійна. А от в більшості інших галактик ядра чорних дір активні і вони випалюють своїм потужним рентгенівським випромінюванням околиці. Тож, можливо, життя на Землі з’явилося завдяки ще й такій винятковості Чумацького шляху.
Вперше вчені зафіксували поглинання зірки чорною дірою 28 березня 2011 року. При першому виявленні спалах спочатку прийняли за сплеск гамма-випромінювання - досить буденний сигнал про те, що десь колись померла масивна зірка і народилася чорна діра. Однак емісія ставала все яскравіше, і це змусило астрономів припустити, що вони стали свідками далекої космічної трапези. Чорна діра пожирає зірку, маса якої більша мінімум в сто раз маси Сонця. Враховуючи, що зірка-жертва занадто велика навіть для чорної діри - вона розриває світило на шматки і поглинає по частинах.
Потрапляючи в чорну діру, зірка розривається жахливими приливними силами. Газ збирається в диск, що обертається навколо чорної діри, і швидко розігрівається до кількох мільйонів градусів. Газ, що знаходиться у внутрішній частині диска, спрямовується безпосередньо в чорну діру. У момент чергового розриву виділяється колосальна кількість енергії, а матерія, що поглинається чорною діркою скручується, утворюючи справжній вир, швидкість якого перевищує 90% швидкості світла. Саме цей вир виділяє гамма-випромінювання.
Але з Землі таке випромінювання зафіксувати неможливо - власна атмосфера нашої планети поглинає більшу частину випромінювання, оберігаючи землян від смертельної небезпеки. Зареєструвати подібні випромінювання можливо лише з космосу, наприклад, з орбіти нашої планети, звідки NASA і веде значну частину всіх спостережень. Астрономи відзначають, що проковтнувши зірку, діра стала ще більше. Можливо, з часом вона стане однією з тих супермасивних чорних дір, які містять до мільярда сонячних мас.
Існує вірогідність того що наша планета буде поглинута блукаючою чорною дірою. І все ж є і хороші новини. Вся справа в тому, що шанси на те, що на шляху блукаючої чорної діри зустрінеться Земля, вкрай невеликі. Крім того, сучасні засоби спостережень і досліджень поки не зафіксували в небезпечній близькості таких надмасивних об’єктів. Не можна виключати небезпеку зі списку, але варто ставитися до неї розумно.
Дослідження чорних дір ускладнюється тим, що неможливо до них наблизитися, а лише спостерігати за ними за допомогою телескопів з великою потужністю.
Спираючись на інформацію, можу сказати те що чорні діри дуже загадкові але цілком прогнозовані. Картину гравітаційного колапсу масивної зірки, який приводить до утворення чорної діри вперше описано Оппергеймером і Снайдером в 1939 році. Нажаль їх не можливо дослідити лабораторним чи іншим шляхом, окрім спостережень, що тільки додає цікавості вивчення цих велетенських космічних об’єктів.