El universo sin límites está lleno de secretos, acertijos y paradojas. A pesar del hecho de que la ciencia moderna ha dado un gran paso adelante en la exploración del espacio, mucho en este vasto mundo sigue siendo incomprensible para la percepción humana del mundo. Sabemos mucho sobre estrellas, nebulosas, cúmulos y planetas. Sin embargo, en la inmensidad del universo existen tales objetos, cuya existencia solo podemos adivinar. Por ejemplo, sabemos muy poco acerca de los agujeros negros. La información básica y el conocimiento sobre la naturaleza de los agujeros negros se basan en suposiciones y conjeturas. Astrofísicos, científicos nucleares han estado luchando con este problema durante más de una docena de años. ¿Qué es un agujero negro en el espacio? ¿Cuál es la naturaleza de tales objetos?
Hablando de agujeros negros en lenguaje sencillo.
Para imaginar cómo es un agujero negro, basta con ver la cola del tren entrando en el túnel. Las luces de señal en el último vagón a medida que el tren se adentra en el túnel disminuirán de tamaño hasta que desaparezcan por completo de la vista. En otras palabras, estos son objetos donde, debido a la atracción monstruosa, incluso la luz desaparece. Partículas elementales, electrones, protones y fotones no son capaces de superar la barrera invisible, caen en el abismo negro de la inexistencia, por lo que este agujero en el espacio se llama negro. No hay el área de luz más leve dentro de ella, la negrura sólida y el infinito. Lo que está en el otro lado del agujero negro es desconocido.
Este aspirador espacial tiene una gravedad enorme y es capaz de absorber toda una galaxia con todos los cúmulos y supercúmulos de estrellas, con nebulosas y con materia oscura para arrancar. ¿Cómo es esto posible? Sólo queda por adivinar. Las leyes de la física que conocemos en este caso se desprenden de las costuras y no proporcionan una explicación de los procesos que tienen lugar. La esencia de la paradoja es que en esta parte del Universo la interacción gravitacional de los cuerpos está determinada por su masa. El proceso de absorción por un objeto de otro no se ve afectado por su composición cualitativa y cuantitativa. Las partículas, que han alcanzado una cantidad crítica en un área determinada, entran en otro nivel de interacción, donde las fuerzas gravitacionales se convierten en fuerzas de atracción. El cuerpo, objeto, sustancia o materia bajo la influencia de la gravedad comienza a contraerse, alcanzando una densidad enorme.
Aproximadamente tales procesos ocurren durante la formación de una estrella de neutrones, donde la materia estelar bajo la influencia de la gravedad interna se comprime en volumen. Los electrones libres se combinan con protones para formar partículas neutras eléctricamente - neutrones. La densidad de esta sustancia es enorme. Una partícula de materia del tamaño de un pedazo de azúcar refinada tiene un peso de miles de millones de toneladas. Aquí es apropiado recordar la teoría general de la relatividad, donde el espacio y el tiempo son cantidades continuas. En consecuencia, el proceso de compresión no se puede detener a la mitad y, por lo tanto, no tiene límite.
Potencialmente, un agujero negro parece un agujero en el que puede haber una transición de un segmento de espacio a otro. Al mismo tiempo, las propiedades del espacio y el tiempo cambian, convirtiéndose en un embudo espacio-tiempo. Al llegar al fondo de este embudo, cualquier materia cae en cuantos. ¿Qué hay al otro lado del agujero negro, este agujero gigante? Quizás exista otro espacio donde se apliquen otras leyes y el tiempo fluya en la dirección opuesta.
En el contexto de la teoría de la relatividad, la teoría de un agujero negro es la siguiente. El punto del espacio, donde las fuerzas gravitacionales han exprimido cualquier materia al tamaño microscópico, tiene una tremenda fuerza de atracción, cuya magnitud aumenta hasta el infinito. Aparece un pliegue de tiempo y el espacio se dobla, cerrando en un punto. Los objetos absorbidos por un agujero negro no pueden resistir la fuerza de esta aspiradora monstruosa. Incluso la velocidad de la luz, que poseen los cuantos, no permite que las partículas elementales superen la fuerza de atracción. Cualquier cuerpo que haya llegado a tal punto deja de ser un objeto material, fusionándose con la burbuja del espacio-tiempo.
Agujeros negros en la ciencia
Si preguntas, ¿cómo se forman los agujeros negros? La respuesta definitiva no será. Hay muchas paradojas y contradicciones en el universo que no se pueden explicar desde el punto de vista de la ciencia. La teoría de la relatividad de Einstein solo permite explicar teóricamente la naturaleza de tales objetos, pero en este caso la mecánica cuántica y la física son silenciosas.
Tratando de explicar los procesos que tienen lugar por las leyes de la física, la imagen se verá así. El objeto se forma como resultado de la contracción gravitatoria colosal de un cuerpo cósmico masivo o supermasivo. Este proceso tiene un nombre científico - colapso gravitacional. El término "agujero negro" se emitió por primera vez en la comunidad científica en 1968, cuando el astrónomo y físico estadounidense John Wheeler trató de explicar el estado del colapso estelar. Según su teoría, en lugar de una estrella masiva sometida a un colapso gravitacional, surge un fallo espacial y temporal, en el que actúa una compresión en constante crecimiento. Todo de lo que estaba hecha la estrella va dentro de sí misma.
Esta explicación nos permite concluir que la naturaleza de los agujeros negros no está relacionada de ninguna manera con los procesos que ocurren en el Universo. Todo lo que sucede dentro de este objeto no se refleja de ninguna manera en el espacio circundante con un "PERO". La fuerza gravitacional de un agujero negro es tan fuerte que dobla el espacio, lo que obliga a las galaxias a girar alrededor de los agujeros negros. En consecuencia, queda claro el motivo por el cual las galaxias toman la forma de espirales. Se desconoce cuánto tiempo llevará la enorme galaxia de la Vía Láctea a desaparecer en el abismo de un agujero negro supermasivo. Un hecho curioso es que los agujeros negros pueden ocurrir en cualquier punto del espacio exterior, donde se crean las condiciones ideales para esto. Tal pliegue de tiempo y espacio elimina las enormes velocidades con las que las estrellas giran y se mueven en el espacio de la galaxia. El tiempo en un agujero negro fluye en otra dimensión. Dentro de esta área, no se pueden interpretar leyes de la gravedad desde el punto de vista de la física. Este estado se llama la singularidad del agujero negro.
Los agujeros negros no muestran signos de identificación externos, su existencia puede ser juzgada por el comportamiento de otros objetos espaciales afectados por campos gravitatorios. Toda la imagen de la lucha por la vida y la muerte tiene lugar en el borde de un agujero negro, que está cubierto por una membrana. Esta superficie imaginaria del embudo se denomina "horizonte de eventos". Todo lo que vemos en este límite es tangible y material.
Escenarios de agujero negro
Al desarrollar la teoría de John Wheeler, podemos concluir que es más probable que el secreto de los agujeros negros no esté en el proceso de su formación. La formación de un agujero negro resulta del colapso de una estrella de neutrones. Además, la masa de tal objeto debe exceder la masa del Sol tres o más veces. La estrella de neutrones se encoge hasta que su propia luz ya no puede liberarse del apretado abrazo de la gravedad. Hay un límite de límite en el tamaño al cual una estrella puede encogerse, dando a luz a un agujero negro. Este radio se llama radio gravitacional. Las estrellas masivas en la etapa final de su desarrollo deben tener un radio gravitatorio de varios kilómetros.
Hoy, los científicos han obtenido evidencia indirecta de la presencia de agujeros negros en una docena de estrellas binarias de rayos X. Las estrellas de rayos X, un púlsar o una erupción no tienen una superficie sólida. Además, su masa es mayor que la masa de los tres soles. El estado actual del espacio exterior en la constelación de Cygnus, la estrella de rayos X Cygnus X-1, hace posible rastrear la formación de estos objetos curiosos.
Sobre la base de investigaciones y supuestos teóricos, hoy en la ciencia existen cuatro escenarios para la formación de estrellas negras:
- colapso gravitacional de una estrella masiva en la etapa final de su evolución;
- el colapso de la región central de la galaxia;
- la formación de agujeros negros en el proceso del Big Bang;
- La formación de agujeros negros cuánticos.
El primer escenario es el más realista, pero el número de estrellas negras con las que estamos familiarizados hoy supera el número de estrellas de neutrones conocidas. Y la era del Universo no es tan grande como para que tantas estrellas masivas puedan pasar por el proceso completo de evolución.
El segundo escenario tiene derecho a la vida, y hay un ejemplo vívido: el agujero negro supermasivo Sagitario A *, ubicado en el centro de nuestra galaxia. La masa de este objeto es 3.7 masa del sol. El mecanismo de este escenario es similar al escenario de un colapso gravitacional con la única diferencia de que un gas interestelar, en lugar de una estrella, está sujeto al colapso. Bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales, el gas se comprime a una masa y densidad críticas. En el momento crítico, la materia se desintegra en cuantos, formando un agujero negro. Sin embargo, esta teoría es dudosa, ya que recientemente los astrónomos de la Universidad de Columbia han identificado los satélites A * del agujero negro. Resultaron ser muchos agujeros negros pequeños, que probablemente se formaron de otra manera.
El tercer escenario es más teórico y está asociado con la existencia de la teoría del Big Bang. En el momento de la formación del universo, una parte de la materia y los campos gravitatorios sufrieron fluctuaciones. En otras palabras, los procesos fueron de otra manera, no conectados con los procesos conocidos de la mecánica cuántica y la física nuclear.
El último escenario se centra en la física de una explosión nuclear. En coágulos de materia en el proceso de reacciones nucleares bajo la influencia de fuerzas gravitacionales, se produce una explosión, en lugar de la cual se forma un agujero negro. La materia explota hacia adentro, absorbiendo todas las partículas.
La existencia y evolución de los agujeros negros.
Teniendo una idea aproximada de la naturaleza de tales objetos espaciales extraños, otra cosa es interesante. ¿Cuáles son las verdaderas dimensiones de los agujeros negros, qué tan rápido están creciendo? Los tamaños de los agujeros negros están determinados por su radio de gravedad. Para los agujeros negros, el radio de un agujero negro está determinado por su masa y se llama el radio de Schwarzschild. Por ejemplo, si un objeto tiene una masa igual a la masa de nuestro planeta, el radio de Schwarzschild en este caso es de 9 mm. Nuestro cuerpo principal tiene un radio de 3 km. La densidad promedio de un agujero negro formado en el lugar de una estrella con una masa de 10⁸ de la masa del Sol estará cerca de la densidad del agua. El radio de dicha educación será de 300 millones de kilómetros.
Es probable que tales agujeros negros gigantes estén ubicados en el centro de las galaxias. Hasta la fecha, se conocen 50 galaxias, en cuyo centro se encuentran enormes pozos temporales y espaciales. La masa de tales gigantes es miles de millones la masa del sol. Uno solo puede imaginar lo que una fuerza de atracción colosal y monstruosa tiene tal agujero.
En cuanto a los agujeros pequeños, estos son mini-objetos cuyo radio alcanza valores insignificantes, solo 10 ¹ ² cm. La masa de tal miga es de 10 gr. Tales formaciones surgieron en el momento del Big Bang, sin embargo, con el tiempo aumentaron de tamaño y hoy se destacan en el espacio exterior como monstruos. Las condiciones bajo las cuales se formó la formación de pequeños agujeros negros, los científicos de hoy intentan recrearse en condiciones terrestres. Para estos fines, los experimentos se llevan a cabo en colisionadores de electrones, a través de los cuales las partículas elementales se aceleran a la velocidad de la luz. Los primeros experimentos permitieron obtener en condiciones de laboratorio una materia de plasma quark-gluon, que existía en los albores de la formación del Universo. Tales experimentos sugieren que un agujero negro en la Tierra es cuestión de tiempo. Otra cosa es si tal logro de la ciencia humana se convertirá en una catástrofe para nosotros y para nuestro planeta. Al crear un agujero negro artificial, podemos abrir la caja de Pandora.
Las observaciones recientes de otras galaxias han permitido a los científicos descubrir agujeros negros, cuyo tamaño supera todas las expectativas y supuestos imaginables. La evolución que ocurre con tales objetos nos permite comprender mejor cómo crece la masa de los agujeros negros, cuál es su límite real. Los científicos han llegado a la conclusión de que todos los agujeros negros conocidos han crecido hasta alcanzar su tamaño real entre 13 y 14 mil millones de años. La diferencia de tamaño se debe a la densidad del espacio circundante. Si un agujero negro tiene suficiente alimento al alcance de la gravedad, crece como la levadura, alcanzando una masa de cientos y miles de masas solares. De ahí las dimensiones gigantescas de tales objetos ubicados en el centro de las galaxias. Un grupo masivo de estrellas, enormes masas de gas interestelar son alimentos abundantes para el crecimiento. Cuando las galaxias se fusionan, los agujeros negros pueden unirse, formando un nuevo objeto supermasivo.
A juzgar por el análisis de los procesos evolutivos, es costumbre distinguir dos clases de agujeros negros:
- Objetos con una masa de 10 veces la masa solar;
- Objetos masivos, cuya masa es cientos de miles, miles de millones de masas solares.
Hay agujeros negros con una masa intermedia promedio de 100 a 10 mil veces la masa del Sol, pero su naturaleza aún es desconocida. Hay aproximadamente un objeto de este tipo por galaxia. El estudio de las estrellas de rayos X permitió encontrar dos agujeros negros de tamaño mediano a la vez a una distancia de 12 millones de años luz en la galaxia M82. La masa de un objeto varía en el rango de 200-800 masas solares. Otro objeto es mucho más grande y tiene una masa de 10-40 mil masas solares. El destino de tales objetos es interesante. Se ubican cerca de cúmulos de estrellas, y gradualmente se atraen a un agujero negro supermasivo ubicado en la parte central de la galaxia.
Nuestro planeta y los agujeros negros.
A pesar de la búsqueda de una pista sobre la naturaleza de los agujeros negros, el mundo científico está preocupado por el lugar y el papel del agujero negro en el destino de la galaxia Vía Láctea y, en particular, en el destino del planeta Tierra. El pliegue de tiempo y espacio que existe en el centro de la Vía Láctea absorbe gradualmente todos los objetos que existen alrededor. Millones de estrellas y billones de toneladas de gas interestelar ya han sido absorbidos por el agujero negro. Con el tiempo, la línea alcanzará los brazos de Cygnus y Sagitario, en los que se encuentra el sistema solar, habiendo recorrido una distancia de 27 mil años luz.
Otro agujero negro supermasivo cercano se encuentra en la parte central de la galaxia de Andrómeda. Está a unos 2,5 millones de años luz de nosotros. Probablemente, hasta que nuestro objeto Sagitario A * se trague su propia galaxia, deberíamos esperar la fusión de dos galaxias vecinas. Por consiguiente, ocurrirá la fusión de dos agujeros negros supermasivos en un todo, de tamaño terrible y monstruoso.
Una cosa completamente diferente - pequeños agujeros negros. Absorber el planeta Tierra es un gran agujero negro con un radio de unos centímetros. El problema es que, por naturaleza, un agujero negro es un objeto completamente sin rostro. Ninguna radiación o radiación emana de su matriz, por lo tanto, es bastante difícil notar un objeto tan misterioso. Solo a corta distancia podemos detectar una curvatura de la luz de fondo, lo que indica que hay un agujero en el espacio en esta región del Universo.
Hasta la fecha, los científicos han descubierto que el agujero negro más cercano a la Tierra es el objeto V616 Monocerotis. El monstruo se encuentra a 3000 años luz de nuestro sistema. En tamaño, esta es una gran formación, su masa es de 9-13 masas solares. Otro objeto cercano que amenaza nuestro mundo es el agujero negro Gygnus X-1. Con este monstruo estamos separados por una distancia de 6000 años luz. Los agujeros negros detectados en nuestro vecindario son parte del sistema binario, es decir, existen muy cerca de la estrella que alimenta el objeto insaciable.
Conclusión
La existencia en el espacio de objetos tan misteriosos y misteriosos como los agujeros negros, por supuesto, nos obliga a estar en el vigilante. Sin embargo, todo lo que sucede con los agujeros negros ocurre muy raramente, si tenemos en cuenta la edad del Universo y las enormes distancias. Durante 4.500 millones de años, el Sistema Solar se encuentra en estado de reposo, según las leyes que conocemos. Durante este tiempo, nada de esto ha aparecido, ni el espacio está distorsionado o los pliegues del tiempo cerca del sistema solar. Probablemente no hay condiciones adecuadas para esto. Esa parte de la Vía Láctea, en la que reside el sistema estelar del Sol, es una parte tranquila y estable del espacio.
Los científicos asumen la idea de que la aparición de agujeros negros no es accidental. Tales objetos realizan en el Universo el papel de los ordenantes que destruyen el excedente de los cuerpos cósmicos. En cuanto al destino de los monstruos mismos, su evolución aún no se entiende completamente. Существует версия, что черные дыры не вечны и на определенном этапе могут прекратить свое существование. Уже ни для кого не секрет, что такие объекты представляют собой мощнейшие источники энергии. Какая это энергия и в чем она измеряется - это другое дело.
Стараниями Стивена Хокинга науке была предъявлена теория о то, что черная дыра все-таки излучает энергию, теряя свою массу. В своих предположениях ученый руководствовался теорией относительности, где все процессы взаимосвязаны друг с другом. Ничего просто так не исчезает, не появившись в другом месте. Любая материя может трансформироваться в другую субстанцию, при этом один вид энергии переходит на другой энергетический уровень. Так, может быть, обстоит дело и с черными дырами, которые являются переходным порталом, из одного состояния в другое.
