Nahe dem Zentrum unserer Galaxie wurde ein supermassiver Körper mit vier Millionen Sonnenmassen entdeckt. Es ist wahr, es ist unsichtbar, unhörbar und immateriell.
Finger zum Himmel?
Eine Gruppe deutscher Physiker vom Max-Planck-Institut für außerirdische Physik hat kürzlich eine sensationelle Aussage gemacht: Sie haben Beweise dafür erhalten, dass es in unserer Galaxie ein Schwarzes Loch gibt.
- Seit etwa zwanzig Jahren beobachten wir die Bewegung von mehreren Dutzend Sternen in der Nähe des Zentrums der Galaxie, das sich in einer Entfernung von 27.000 Lichtjahren von der Sonne befindet, sagt der Leiter der Gruppe, Reinhard Hansel. - Die Umlaufbahnen dieser Sterne zeigen an, dass die im Zentrum befindliche Massenkonzentration zweifellos ein Schwarzes Loch ist.
Bedroht dies unsere Galaxie? Wird das Weltraummonster die Erde fressen?
Es stellte sich heraus, dass es bisher keine Antworten auf diese Fragen gibt. Laut dem Direktor des Staatlichen Astronomischen Instituts. PK Sternberg Moskauer Staatliche Universität Korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften Anatoly Cherepashchuk, Beobachtung der Umlaufbahnen, ein Schwarzes Loch kann nicht berechnet werden.
- Um zu beweisen, dass der Körper in der Mitte unserer Galaxie ein Schwarzes Loch ist, müssen Sie zwei Dinge tun - erklärte der Wissenschaftler Reportern. - Zeigen Sie zunächst experimentell, dass der Radius dieses Körpers gleich dem sogenannten Gravitationsradius für ein Schwarzes Loch einer bestimmten Masse ist (und für einen schwarzen Körper mit vier Millionen Sonnenmassen ungefähr sieben Sonnenradien). Und zweitens, um zu beweisen, dass dieser Körper keine feste Oberfläche hat, sondern einen Ereignishorizont.
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Laut Cherepashchuk sind beide Aufgaben im Prinzip machbar, und in 20 Jahren, so hofft er, können Wissenschaftler mit Sicherheit sagen, ob es sich um ein Schwarzes Loch handelt oder nicht.
Im Allgemeinen wird die Frage, ob wir unsere Galaxie sein oder nicht, um zwei Jahrzehnte verschoben. In der Zwischenzeit lernen wir dieses Monster besser kennen.
Der böseste Ort
Es gibt kein mysteriöseres und beängstigenderes Objekt im Weltraum als ein Schwarzes Loch. Ein Satz weckt bereits unerklärliche Angst: Er malt das Bild eines alles verzehrenden Abgrunds. Vor ihr sind nicht nur gewöhnliche Menschen beeindruckt, sondern auch Astrophysiker. „Von allen Kreationen des menschlichen Geistes, von mythologischen Einhörnern und Drachen bis zur Wasserstoffbombe, ist das Schwarze Loch vielleicht das fantastischste. Ein Loch im Raum mit ganz bestimmten Kanten, in das alles fallen kann und aus dem nichts herauskommen kann. Ein Loch, in dem die Gravitationskraft so groß ist, dass sogar Licht in dieser Falle eingefangen und gehalten wird. Ein Loch, das den Raum biegt und den Zeitfluss verzerrt. Wie Einhörner und Drachen scheinen Schwarze Löcher eher Attribute von Science-Fiction oder alten Mythen als echte Objekte zu sein. Die Existenz von Schwarzen Löchern ergibt sich jedoch unweigerlich aus physikalischen Gesetzen. Es gibt möglicherweise Millionen von ihnen allein in unserer Galaxie “, sagte Kip Stephen Thorn, ein berühmter Wissenschaftler, Leiter der Abteilung am California Institute of Technology (USA), Mitglied der US National Academy of Sciences, Mitglied des NASA Scientific Council, über Schwarze Löcher.
Zusätzlich zu ihrer fantastischen Kraft haben Schwarze Löcher eine erstaunliche Fähigkeit, Raum und Zeit in sich selbst zu verändern. Sie drehen sich zuerst in eine Art Trichter und zerfallen dann, nachdem sie eine bestimmte Grenze in der Tiefe des Lochs überschritten haben, in Quanten. Innerhalb des Schwarzen Lochs, jenseits des Randes dieses eigentümlichen Gravitationsabgrunds, aus dem es keinen Ausgang gibt, fließen erstaunliche physikalische Prozesse, neue Naturgesetze manifestieren sich.
Nach Ansicht vieler Experten sind Schwarze Löcher die größten Energiequellen im Universum. Wir sehen sie wahrscheinlich in fernen Quasaren, in explodierenden galaktischen Kernen. Es wird davon ausgegangen, dass Schwarze Löcher in Zukunft zu Energiequellen für die Menschheit werden.
Das Ende der Welt ist da
Wie bilden sich schwarze Löcher? Laut Astrophysikern entstehen die meisten von ihnen nach dem Tod großer Sterne. Wenn die Masse eines Sterns doppelt so groß ist wie die der Sonne, kann der Stern am Ende seines Lebens als Supernova explodieren. Wenn jedoch die Masse der nach der Explosion verbleibenden Substanz immer noch zwei Sonnenmassen überschreitet, sollte der Stern in einen winzigen dichten Körper fallen, da die Gravitationskräfte jeglichen inneren Widerstand gegen Kompression vollständig unterdrücken. Wissenschaftler glauben, dass in diesem Moment ein katastrophaler Gravitationskollaps zur Entstehung eines Schwarzen Lochs führt. Sie glauben, dass der Stern mit dem Ende der thermonuklearen Reaktionen nicht mehr in einem stabilen Zustand sein kann. Dann gibt es für einen massiven Stern nur einen unvermeidlichen Weg - den Weg der universellen und vollständigen Kontraktion, der ihn in ein unsichtbares Schwarzes Loch verwandelt.
Warum sind sie unsichtbar?
- Der Name "Schwarze Löcher" deutet darauf hin, dass es sich um eine Klasse von Objekten handelt, die nicht sichtbar sind ", erklärt der Leiter der Abteilung für Radioastronomie des nach ihm benannten Staatlichen Astronomischen Instituts Sternberg, Kandidat für Physik und Mathematik Valentin Esipov. - Ihr Gravitationsfeld ist so stark, dass, wenn es irgendwie möglich war, sich dem Schwarzen Loch zu nähern und den Strahl des stärksten Suchscheinwerfers von seiner Oberfläche weg zu lenken, dieser Suchscheinwerfer nicht einmal aus einer Entfernung gesehen werden konnte, die die Entfernung von der Erde zur Sonne nicht überschreitet.
Selbst wenn wir das gesamte Licht der Sonne in diesem starken Suchscheinwerfer konzentrieren könnten, würden wir es nicht sehen, da das Licht den Einfluss des Gravitationsfeldes des Schwarzen Lochs auf es nicht überwinden und seine Oberfläche verlassen könnte. Deshalb wird eine solche Oberfläche als absoluter Ereignishorizont bezeichnet. Es repräsentiert den Rand eines Schwarzen Lochs. Und was versteckt sich dort im Ausland?
Lass uns zur Hölle gehen
Die interessanteste Beschreibung des "Inneren" eines Schwarzen Lochs stammt von dem bereits erwähnten amerikanischen Physiker und Astronomen Kip Stephen Thorne. „Stellen Sie sich vor, Sie wären der Kapitän eines großen Raumschiffs der Starklasse. - schlägt der Wissenschaftler in seinem Buch "Reisen zwischen Schwarzen Löchern" vor. - Auf Anweisung der Geographical Society müssen Sie mehrere Schwarze Löcher untersuchen, die sich im interstellaren Raum in großer Entfernung voneinander befinden, und eine Beschreibung Ihrer Beobachtungen mithilfe von Funksignalen an die Erde senden.
Nachdem Sie 4 Jahre und 8 Monate unterwegs waren, verlangsamt sich Ihr Schiff in der Nähe des der Erde am nächsten gelegenen Schwarzen Lochs, dem Hades (Hölle) und in der Nähe des Sterns Vega. Das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs ist auf dem Fernsehbildschirm erkennbar: Wasserstoffatome, die im interstellaren Raum verstreut sind, werden durch ihr Gravitationsfeld nach innen gezogen. Überall sieht man sie sich bewegen, langsam vom Loch weg und schneller und schneller, wenn man näher kommt. Dies ähnelt dem Wasserfall in den Niagarafällen, außer dass Atome nicht nur von Osten, sondern auch von Westen, Norden, Süden, von oben und von unten fallen - von überall. Wenn Sie nichts tun, werden auch Sie nach innen gezogen.
Mit größter Sorgfalt müssen Sie das Raumschiff von der Flugbahn des freien Falls auf eine kreisförmige Umlaufbahn um das Schwarze Loch übertragen (ähnlich den Umlaufbahnen künstlicher Satelliten, die die Erde umkreisen), damit die Zentrifugalkraft Ihrer Umlaufbahnbewegung die Schwerkraft des Schwarzen Lochs kompensiert. Sie fühlen sich sicher, schalten die Schiffsmotoren ein und bereiten sich darauf vor, das Schwarze Loch zu studieren.
Zunächst beobachten Sie durch Teleskope elektromagnetische Strahlung, die von fallenden Wasserstoffatomen emittiert wird. Weit entfernt vom Schwarzen Loch sind sie so kalt, dass sie nur Radiowellen aussenden. Näher am Loch, wo die Atome schneller fallen, kollidieren sie von Zeit zu Zeit, erwärmen sich auf mehrere tausend Grad und emittieren Licht. Noch näher am Schwarzen Loch, das sich viel schneller bewegt, erwärmen sie sich aufgrund von Kollisionen auf mehrere Millionen Grad und senden Röntgenstrahlen aus.
Wenn Sie Ihre Teleskope "nach innen" richten und sich weiterhin dem Schwarzen Loch nähern, werden Sie Gammastrahlen "sehen", die von Wasserstoffatomen emittiert werden, die auf noch höhere Temperaturen erhitzt werden. Schließlich finden Sie genau in der Mitte die dunkle Scheibe des Schwarzen Lochs.
Ihr nächster Schritt besteht darin, die Länge der Schiffsumlaufbahn sorgfältig zu messen. Dies ist ungefähr 1 Million km oder die Hälfte der Umlaufbahn des Mondes um die Erde. Dann schaust du auf die fernen Sterne und siehst, wie sie sich wie du bewegen. Wenn Sie ihre scheinbare Bewegung beobachten, stellen Sie fest, dass Sie 5 Minuten benötigen. 46 s, um eine Umdrehung um das Schwarze Loch zu machen. Dies ist Ihre "Umlaufzeit".
Wenn Sie die Rotationsperiode und die Länge seiner Umlaufbahn kennen, können Sie die Masse des Schwarzen Lochs Hades (Hölle) berechnen. Es wird 10 mal sonniger sein. Dies ist in der Tat die Gesamtmasse, die sich im Laufe seiner Geschichte im Schwarzen Loch angesammelt hat, und umfasst die Masse des Sterns, durch dessen Zusammenbruch vor etwa 2 Milliarden Jahren das Schwarze Loch gebildet wurde, die Masse des gesamten interstellaren Wasserstoffs, der seit seiner Geburt in das Schwarze Loch gezogen wurde, und auch die Masse aller Asteroiden und verlorenen Raumschiffe, die darauf fielen.
Am interessantesten sind die Eigenschaften seiner Oberfläche oder seines Horizonts - der Grenze, aufgrund derer alles, was in das Loch fällt, nicht mehr zurückkehren kann. Grenzen, die verhindern, dass ein Raumschiff und sogar jede Art von Strahlung austritt: Radiowellen, Licht, Röntgen- oder Gammastrahlen …
Obwohl Sie alle seine Eigenschaften von außen aus der Masse und dem Drehimpuls eines Schwarzen Lochs berechnen können, können Sie nichts über sein Inneres wissen. Es kann eine ungeordnete Struktur haben und stark asymmetrisch sein. All dies hängt von den Details des Zusammenbruchs ab, der das Schwarze Loch gebildet hat, sowie von den Merkmalen des anschließenden Einziehens von interstellarem Wasserstoff, so dass der Durchmesser des Lochs einfach nicht berechnet werden kann.
Mit diesen Ergebnissen können Sie die Umgebung des Horizonts des Schwarzen Lochs erkunden …
Nachdem Sie sich vom Team verabschiedet haben, steigen Sie in das Abstiegsfahrzeug und verlassen das Schiff, wobei Sie zunächst auf derselben Kreisbahn bleiben, fährt der Physiker Thorn fort. - Bremsen Sie dann durch Einschalten des Raketenmotors leicht, um Ihre Orbitalbewegung zu verlangsamen. In diesem Fall beginnen Sie, sich dem Horizont zu nähern und sich von einer Kreisbahn zur nächsten zu bewegen. Ihr Ziel ist es, eine Kreisbahn mit einem Umfang zu betreten, der etwas länger als der Horizont ist. Wenn Sie sich spiralförmig bewegen, verringert sich die Länge Ihrer Umlaufbahn allmählich - von 1 Million km auf 500.000, dann auf 100.000, 90.000, 80.000. Und dann beginnt etwas Seltsames zu passieren.
In einem Zustand der Schwerelosigkeit schweben Sie in Ihrem Apparat, sagen wir, mit Ihren Füßen - zu einem schwarzen Loch und Ihrem Kopf - zur Umlaufbahn Ihres Schiffes und der Sterne. Aber allmählich spürt man, dass jemand seine Beine auf und ab zieht - am Kopf. Sie erkennen, dass der Grund die Anziehungskraft des Schwarzen Lochs ist: Die Beine sind näher am Loch als der Kopf, daher werden sie stärker angezogen. Das gleiche gilt natürlich auf der Erde, aber der Unterschied in der Anziehungskraft der Beine und des Kopfes dort ist vernachlässigbar, so dass niemand es bemerkt. Wenn Sie sich in einer Umlaufbahn von 80.000 km Länge über dem Schwarzen Loch bewegen, spüren Sie diesen Unterschied ganz deutlich - der Unterschied in der Anziehungskraft beträgt 1/8 der Schwerkraft der Erde (1/8 g). Die Zentrifugalkraft, die durch Ihre Bewegung in der Umlaufbahn erzeugt wird, kompensiert die Anziehung des Lochs im Mittelpunkt Ihres Körpers und ermöglicht es Ihnen, frei in der Schwerelosigkeit zu schweben. Ihre Beine werden jedoch von einem Überschuss von 1/16 g betroffen sein, während Ihr Kopf im Gegensatz dazu schwach anzieht und die Zentrifugalkraft ihn mit genau der gleichen zusätzlichen Beschleunigung von -1/16 g nach oben zieht.
Etwas verwirrt geht es weiter entlang der Spirale, aber die Überraschung gibt schnell Anlass zur Sorge: Wenn die Größe der Umlaufbahn abnimmt, nehmen die Kräfte, die Sie dehnen, immer schneller zu. Bei einer Umlaufbahnlänge von 64.000 km beträgt die Differenz 1/4 g, bei 51.000 km -1/2 g und bei 40.000 km das volle Erdgewicht. Sie beißen die Zähne vor Anstrengung zusammen und bewegen sich weiterhin spiralförmig. Bei einer Umlaufbahnlänge von 25.000 km beträgt die Zugkraft 4 d, d.h. viermal so viel wie unter terrestrischen Bedingungen und bei 16.000 km -16 g. Sie können nicht mehr aufrecht stehen. Sie versuchen, dieses Problem zu lösen, indem Sie sich zu einem Ball zusammenrollen und Ihre Beine an Ihren Kopf ziehen, wodurch der Kraftunterschied verringert wird. Aber sie sind bereits so groß, dass Sie sich nicht biegen können - sie werden wieder vertikal verlängert (entlang der Richtung radial in Bezug auf das Schwarze Loch).
Egal was Sie tun, nichts wird helfen. Und wenn die Spiralbewegung fortgesetzt wird, wird Ihr Körper sie nicht aushalten - sie wird auseinandergerissen. Es gibt also keine Hoffnung, die Nähe des Horizonts zu erreichen …
Überwältigt, den monströsen Schmerz überwindend, stoppen Sie Ihren Abstieg und bringen das Gerät zuerst in eine kreisförmige Umlaufbahn. Dann beginnen Sie vorsichtig und langsam, sich in einer sich ausdehnenden Spirale zu bewegen und sich in kreisförmige Umlaufbahnen zunehmender Größe zu bewegen, bis Sie das Raumschiff erreichen."
Thornes Geschichte klingt bisher wie eine Fantasie. Und es wird für die Zeit berechnet, in der eine Person einen solchen Erfolg bei der Entwicklung von Technologie und Technologie erzielen wird, dass intergalaktische Flüge und der Aufbau von Ringwelten um Schwarze Löcher Realität werden. Und nach den optimistischsten Prognosen der Zukunftsforscher wird dies frühestens in 50 Jahren möglich sein.
Nein Leute, das ist nicht so …
Es muss zugegeben werden, dass viele Wissenschaftler immer noch die Existenz von Schwarzen Löchern leugnen. Schließlich findet ihre Entdeckung und Untersuchung an der Spitze des Stifts statt. Und in letzter Zeit ist eine noch unerwartetere Annahme aufgetaucht, dass Schwarze Löcher überhaupt keine Löcher sind, sondern einige Objekte, die eher Bose-Einstein-Kondensatblasen ähneln (der Zustand der Aggregation von Materie, dessen Basis Bosonen sind, die auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sind). Diese neue Hypothese wurde vom Forscher Emil Mottola von der Theoretischen Abteilung des Los Alamos National Laboratory zusammen mit dem Co-Autor Pavel Mazur von der University of South Carolina in den USA aufgestellt.
Die Erklärung der Forscher führt einen radikal neuen Blick auf die Natur von Schwarzen Löchern ein, die nicht als "Löcher" im Raum dargestellt werden, in denen Materie und Licht unerklärlicherweise in der Ereignishorizontzone verschwinden, sondern als kugelförmige Hohlräume, die von einer speziellen Form von Materie umgeben sind, die auf der Erde noch nie zuvor bekannt war. Mazur und Mottola nennen diese Objekte keine Schwarzen Löcher, sondern Gravitationssterne.
Innerhalb eines Gravitationssterns sind Raum und Zeit wie im Schwarzlochmodell umgekehrt.
Mottola und Mazur schlagen sogar vor, dass das Universum, in dem wir leben, die innere Hülle eines riesigen Gravitationssterns sein könnte.
S. Kuzmina. "Russischer Raum"
