Bagi ilmuwan modern, lubang hitam adalah salah satu fenomena paling misterius di alam semesta kita. Mempelajari objek-objek seperti itu sulit, tidak mungkin untuk mencobanya "berdasarkan pengalaman". Massa, kepadatan substansi lubang hitam, proses pembentukan objek ini, dimensi - semua ini membangkitkan minat di antara para spesialis, dan kadang-kadang - kebingungan. Mari kita pertimbangkan topik ini secara lebih rinci. Pertama, mari kita analisa apa itu objek.
Informasi umum
Fitur luar biasa dari objek kosmik adalah kombinasi dari radius kecil, kepadatan tinggi materi lubang hitam, dan massa yang sangat besar. Semua sifat fisik yang diketahui saat ini dari objek semacam itu tampak aneh bagi para ilmuwan, seringkali tidak dapat dijelaskan. Bahkan astrofisikawan yang paling berpengalaman pun masih kagum dengan keanehan fenomena tersebut. Fitur utama yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengidentifikasi lubang hitam adalah cakrawala peristiwa, yaitu batas yang menyebabkantidak ada yang kembali, termasuk cahaya. Jika suatu zona dipisahkan secara permanen, batas pemisahan ditetapkan sebagai horizon peristiwa. Dengan pemisahan sementara, keberadaan cakrawala yang terlihat diperbaiki. Terkadang temporal adalah konsep yang sangat longgar, yaitu wilayah dapat dipisahkan untuk periode yang melebihi usia alam semesta saat ini. Jika ada horizon tampak yang sudah ada dalam waktu lama, sulit untuk membedakannya dengan horizon peristiwa.
Dalam banyak hal, sifat lubang hitam, kerapatan zat yang membentuknya, disebabkan oleh kualitas fisik lain yang berlaku dalam hukum dunia kita. Cakrawala peristiwa lubang hitam simetris bola adalah bola yang diameternya ditentukan oleh massanya. Semakin banyak massa yang ditarik ke dalam, semakin besar lubangnya. Namun secara mengejutkan tetap kecil dengan latar belakang bintang, karena tekanan gravitasi menekan semua yang ada di dalamnya. Jika kita membayangkan sebuah lubang yang massanya sesuai dengan planet kita, maka jari-jari benda semacam itu tidak akan melebihi beberapa milimeter, yaitu, sepuluh miliar lebih kecil dari bumi. Jari-jari dinamai Schwarzschild, ilmuwan yang pertama kali menyimpulkan lubang hitam sebagai solusi untuk teori relativitas umum Einstein.
Dan di dalam?
Setelah masuk ke objek seperti itu, seseorang tidak mungkin memperhatikan kepadatan yang sangat besar pada dirinya sendiri. Sifat-sifat lubang hitam tidak dipahami dengan baik untuk memastikan apa yang akan terjadi, tetapi para ilmuwan percaya bahwa tidak ada yang istimewa yang dapat terungkap saat melintasi cakrawala. Ini dijelaskan oleh Einsteinian yang setaraprinsip yang menjelaskan mengapa medan yang membentuk kelengkungan cakrawala dan percepatan yang melekat pada bidang tidak berbeda bagi pengamat. Saat melacak proses penyeberangan dari kejauhan, Anda dapat melihat bahwa objek mulai melambat di dekat cakrawala, seolah-olah waktu berjalan lambat di tempat ini. Setelah beberapa waktu, objek akan melintasi cakrawala, jatuh ke dalam radius Schwarzschild.
Kerapatan materi dalam lubang hitam, massa suatu benda, dimensi dan gaya pasang surutnya, dan medan gravitasi saling berkaitan erat. Semakin besar jari-jarinya, semakin rendah kepadatannya. Jari-jari meningkat dengan berat. Gaya pasang surut berbanding terbalik dengan berat kuadrat, yaitu, ketika dimensi bertambah dan kerapatan berkurang, gaya pasang surut benda berkurang. Akan mungkin untuk mengatasi cakrawala sebelum memperhatikan fakta ini jika massa objek sangat besar. Pada hari-hari awal relativitas umum, diyakini bahwa ada singularitas di cakrawala, tetapi ternyata tidak demikian.
Tentang Kepadatan
Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, kepadatan lubang hitam, tergantung pada massanya, bisa lebih atau kurang. Untuk objek yang berbeda, indikator ini bervariasi, tetapi selalu berkurang dengan bertambahnya radius. Lubang supermasif mungkin muncul, yang terbentuk secara ekstensif karena akumulasi material. Rata-rata, kerapatan benda-benda semacam itu, yang massanya sesuai dengan massa total beberapa miliar tokoh dalam sistem kita, lebih kecil daripada kerapatan air. Terkadang sebanding dengan tingkat kerapatan gas. Gaya pasang surut objek ini sudah diaktifkan setelah pengamat melintasi cakrawalaacara. Penjelajah hipotetis tidak akan terluka saat dia mendekati cakrawala, dan akan jatuh ribuan kilometer jika dia menemukan perlindungan dari plasma disk. Jika pengamat tidak melihat ke belakang, ia tidak akan menyadari bahwa cakrawala telah dilintasi, dan jika ia menoleh, ia mungkin akan melihat sinar cahaya membeku di cakrawala. Waktu bagi pengamat akan mengalir sangat lambat, dia akan dapat melacak peristiwa di dekat lubang sampai saat kematian - baik dia atau Semesta.
Untuk menentukan kerapatan lubang hitam supermasif, Anda perlu mengetahui massanya. Temukan nilai kuantitas ini dan volume Schwarzschild yang melekat pada objek luar angkasa. Rata-rata, indikator seperti itu, menurut astrofisikawan, sangat kecil. Dalam persentase kasus yang mengesankan, itu kurang dari tingkat kepadatan udara. Fenomena tersebut dijelaskan sebagai berikut. Jari-jari Schwarzschild berhubungan langsung dengan berat, sedangkan densitas berbanding terbalik dengan volume, dan karenanya jari-jari Schwarzschild. Volume berhubungan langsung dengan jari-jari pangkat tiga. Massa meningkat secara linier. Dengan demikian, volume tumbuh lebih cepat daripada beratnya, dan kerapatan rata-rata menjadi lebih kecil, semakin besar jari-jari benda yang diteliti.
Penasaran ingin tahu
Gaya pasang surut yang melekat pada sebuah lubang adalah gradien gaya gravitasi, yang cukup besar di cakrawala, sehingga bahkan foton pun tidak dapat lepas dari sini. Pada saat yang sama, peningkatan parameter terjadi cukup lancar, yang memungkinkan pengamat untuk mengatasi cakrawala tanpa risiko bagi dirinya sendiri.
Studi kepadatan lubang hitam dipusat objek masih relatif terbatas. Ahli astrofisika telah menetapkan bahwa semakin dekat singularitas pusat, semakin tinggi tingkat kepadatannya. Mekanisme perhitungan yang disebutkan sebelumnya memungkinkan Anda untuk mendapatkan ide yang sangat rata-rata tentang apa yang terjadi.
Ilmuwan memiliki gagasan yang sangat terbatas tentang apa yang terjadi di dalam lubang, strukturnya. Menurut astrofisikawan, distribusi kepadatan di dalam lubang tidak terlalu signifikan bagi pengamat luar, setidaknya pada level saat ini. Spesifikasi gravitasi yang jauh lebih informatif, berat. Semakin besar massa, semakin kuat pusat, cakrawala, terpisah satu sama lain. Ada juga asumsi seperti itu: tepat di luar cakrawala, materi pada prinsipnya tidak ada, hanya dapat dideteksi di kedalaman objek.
Apakah ada nomor yang diketahui?
Para ilmuwan telah lama memikirkan kepadatan lubang hitam. Studi tertentu dilakukan, upaya dilakukan untuk menghitung. Ini salah satunya.
Massa matahari adalah 210^30 kg. Sebuah lubang dapat terbentuk di lokasi objek yang beberapa kali lebih besar dari Matahari. Kepadatan lubang paling ringan diperkirakan rata-rata 10^18 kg/m3. Ini adalah urutan besarnya lebih tinggi dari kepadatan inti atom. Perbedaan yang hampir sama dari karakteristik tingkat kerapatan rata-rata bintang neutron.
Keberadaan lubang ultralight dimungkinkan, yang dimensinya sesuai dengan partikel subnuklear. Untuk objek seperti itu, indeks kepadatan akan sangat besar.
Jika planet kita menjadi lubang, kepadatannya akan menjadi sekitar 210^30 kg/m3. Namun, para ilmuwan belum dapatungkap proses yang menyebabkan rumah luar angkasa kita bisa berubah menjadi lubang hitam.
Tentang angka lebih detail
Kerapatan lubang hitam di pusat Bima Sakti diperkirakan 1,1 juta kg/m3. Massa benda ini setara dengan 4 juta massa matahari. Jari-jari lubang diperkirakan 12 juta km. Kepadatan lubang hitam yang ditunjukkan di pusat Bima Sakti memberikan gambaran tentang parameter fisik lubang supermasif.
Jika berat suatu benda 10^38 kg, yaitu diperkirakan sekitar 100 juta Matahari, maka kepadatan suatu objek astronomi akan sesuai dengan tingkat kepadatan granit yang ditemukan di planet kita.
Di antara semua lubang yang diketahui oleh astrofisikawan modern, salah satu lubang terberat ditemukan di quasar OJ 287. Beratnya setara dengan 18 miliar penemu sistem kita. Berapa kerapatan lubang hitam, para ilmuwan telah menghitung tanpa banyak kesulitan. Nilainya ternyata semakin kecil. Hanya 60 g/m3. Sebagai perbandingan: udara atmosfer planet kita memiliki kerapatan 1,29 mg/m3.
Dari mana asal lubang?
Para ilmuwan tidak hanya melakukan penelitian untuk menentukan kepadatan lubang hitam dibandingkan dengan bintang di sistem kita atau benda-benda kosmik lainnya, tetapi juga mencoba menentukan dari mana lubang itu berasal, bagaimana mekanisme pembentukannya. benda misterius. Sekarang ada ide tentang empat cara untuk munculnya lubang. Pilihan yang paling bisa dimengerti adalah runtuhnya sebuah bintang. Ketika menjadi besar, sintesis dalam nukleus selesai,tekanan menghilang, materi jatuh ke pusat gravitasi, sehingga muncul lubang. Saat Anda mendekati pusat, kepadatan meningkat. Cepat atau lambat, indikator menjadi begitu signifikan sehingga objek eksternal tidak mampu mengatasi efek gravitasi. Dari titik ini, lubang baru muncul. Jenis ini lebih umum daripada yang lain dan disebut lubang massa matahari.
Jenis lubang lain yang cukup umum adalah lubang supermasif. Ini lebih sering diamati di pusat galaksi. Massa objek dibandingkan dengan lubang massa matahari yang dijelaskan di atas adalah miliaran kali lebih besar. Para ilmuwan belum menetapkan proses manifestasi benda-benda tersebut. Diasumsikan bahwa lubang pertama kali terbentuk sesuai dengan mekanisme yang dijelaskan di atas, kemudian bintang-bintang tetangga diserap, yang mengarah pada pertumbuhan. Ini dimungkinkan jika zona galaksi berpenduduk padat. Penyerapan materi terjadi lebih cepat daripada yang dapat dijelaskan oleh skema di atas, dan para ilmuwan belum dapat menebak bagaimana proses penyerapan.
Asumsi dan ide
Sebuah topik yang sangat sulit bagi para astrofisikawan adalah lubang purba. Seperti itu, mungkin, muncul dari massa apa pun. Mereka dapat terbentuk dalam fluktuasi besar. Mungkin, kemunculan lubang seperti itu terjadi di alam semesta awal. Sejauh ini, studi yang dikhususkan untuk kualitas, fitur (termasuk kepadatan) lubang hitam, proses kemunculannya, tidak memungkinkan kita untuk menentukan model yang secara akurat mereproduksi proses kemunculan lubang utama. Model-model yang saat ini dikenal sebagian besar sedemikian rupa sehingga, jika diterapkan dalam kenyataan,akan ada terlalu banyak lubang.
Asumsikan bahwa Large Hadron Collider dapat menjadi sumber pembentukan lubang, yang massanya sesuai dengan Higgs boson. Dengan demikian, kepadatan lubang hitam akan sangat besar. Jika teori seperti itu dikonfirmasi, itu dapat dianggap sebagai bukti tidak langsung untuk kehadiran dimensi tambahan. Saat ini, kesimpulan spekulatif ini belum dikonfirmasi.
Radiasi dari lubang
Emisi lubang dijelaskan oleh efek kuantum materi. Ruangnya dinamis, jadi partikel di sini benar-benar berbeda dari yang biasa kita gunakan. Di dekat lubang, tidak hanya waktu yang terdistorsi; pemahaman partikel sangat tergantung pada siapa yang mengamatinya. Jika seseorang jatuh ke dalam lubang, tampaknya dia sedang terjun ke ruang hampa, dan bagi pengamat yang jauh, itu tampak seperti zona yang dipenuhi partikel. Efeknya dijelaskan oleh peregangan ruang dan waktu. Radiasi dari lubang pertama kali diidentifikasi oleh Hawking, yang namanya diberikan pada fenomena tersebut. Radiasi memiliki suhu yang berbanding terbalik dengan massa. Semakin rendah berat suatu objek astronomi, semakin tinggi suhu (serta kepadatan lubang hitam). Jika lubangnya supermasif atau memiliki massa yang sebanding dengan bintang, suhu bawaan radiasinya akan lebih rendah daripada latar belakang gelombang mikro. Karena itu, tidak mungkin untuk mengamatinya.
Radiasi ini menjelaskan hilangnya data. Ini adalah nama fenomena termal, yang memiliki satu kualitas berbeda - suhu. Tidak ada informasi tentang proses pembentukan lubang melalui penelitian, tetapi sebuah objek yang memancarkan radiasi tersebut secara bersamaan kehilangan massa (dan karena itu tumbuhkepadatan lubang hitam) berkurang. Prosesnya tidak ditentukan oleh zat dari mana lubang itu terbentuk, tidak tergantung pada apa yang dihisapnya nanti. Para ilmuwan tidak bisa mengatakan apa yang menjadi dasar lubang itu. Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa radiasi adalah proses ireversibel, yaitu proses yang tidak dapat eksis dalam mekanika kuantum. Ini berarti bahwa radiasi tidak dapat didamaikan dengan teori kuantum, dan ketidakkonsistenan membutuhkan pekerjaan lebih lanjut ke arah ini. Sementara para ilmuwan percaya bahwa radiasi Hawking seharusnya mengandung informasi, kami hanya belum memiliki sarana, kemampuan untuk mendeteksinya.
Penasaran: tentang bintang neutron
Jika ada supergiant, bukan berarti benda astronomis itu abadi. Seiring waktu, itu berubah, membuang lapisan luar. Katai putih mungkin muncul dari sisa-sisanya. Pilihan kedua adalah bintang neutron. Proses spesifik ditentukan oleh massa inti tubuh primer. Jika diperkirakan dalam 1,4-3 matahari, maka penghancuran supergiant disertai dengan tekanan yang sangat tinggi, yang menyebabkan elektron, seolah-olah, ditekan ke dalam proton. Ini mengarah pada pembentukan neutron, emisi neutrino. Dalam fisika, ini disebut gas degenerasi neutron. Tekanannya sedemikian rupa sehingga bintang tidak dapat berkontraksi lebih jauh.
Namun, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, mungkin tidak semua bintang neutron muncul dengan cara ini. Beberapa di antaranya adalah sisa-sisa yang besar yang meledak seperti supernova kedua.
jari-jari tubuh Tomkurang dari lebih banyak massa. Untuk sebagian besar, bervariasi antara 10-100 km. Studi dilakukan untuk menentukan kepadatan lubang hitam, bintang neutron. Untuk yang kedua, seperti yang telah ditunjukkan oleh pengujian, parameternya relatif dekat dengan parameter atom. Angka spesifik yang ditetapkan oleh ahli astrofisika: 10^10 g/cm3.
Penasaran ingin tahu: teori dan praktik
Bintang neutron diprediksi secara teori pada tahun 60-an dan 70-an abad terakhir. Pulsar adalah yang pertama ditemukan. Ini adalah bintang kecil, kecepatan rotasinya sangat tinggi, dan medan magnetnya benar-benar megah. Diasumsikan bahwa pulsar mewarisi parameter ini dari bintang aslinya. Periode rotasi bervariasi dari milidetik hingga beberapa detik. Pulsar pertama yang diketahui memancarkan emisi radio periodik. Saat ini, pulsar dengan radiasi spektrum sinar-X, radiasi gamma telah dikenal.
Proses pembentukan bintang neutron yang dijelaskan dapat berlanjut - tidak ada yang dapat menghentikannya. Jika massa inti lebih dari tiga kali massa matahari, maka benda tersebut sangat kompak, disebut sebagai lubang. Tidak mungkin untuk menentukan sifat-sifat lubang hitam dengan massa lebih besar dari yang kritis. Jika sebagian massa hilang karena radiasi Hawking, jari-jarinya akan berkurang secara bersamaan, sehingga nilai beratnya akan kembali lebih kecil dari nilai kritis benda ini.
Bisakah sebuah lubang mati?
Para ilmuwan mengajukan asumsi tentang keberadaan proses karena partisipasi partikel dan antipartikel. Fluktuasi elemen dapat menyebabkan ruang kosong dicirikantingkat energi nol, yang (inilah paradoksnya!) tidak akan sama dengan nol. Pada saat yang sama, cakrawala peristiwa yang melekat pada tubuh akan menerima spektrum energi rendah yang melekat pada benda hitam absolut. Radiasi tersebut akan menyebabkan kehilangan massa. Cakrawala akan sedikit menyusut. Misalkan ada dua pasang partikel dan antagonisnya. Ada pemusnahan partikel dari satu pasangan dan antagonisnya dari yang lain. Akibatnya, ada foton yang terbang keluar dari lubang. Pasangan kedua dari partikel yang diusulkan jatuh ke dalam lubang, secara bersamaan menyerap sejumlah massa, energi. Secara bertahap, ini menyebabkan kematian lubang hitam.
Sebagai kesimpulan
Menurut beberapa orang, lubang hitam adalah sejenis penyedot debu kosmik. Sebuah lubang bisa menelan bintang, bahkan bisa “memakan” galaksi. Dalam banyak hal, penjelasan tentang kualitas sebuah lubang, serta ciri-ciri pembentukannya, dapat ditemukan dalam teori relativitas. Dari situ diketahui bahwa waktu adalah kontinu, demikian juga ruang. Ini menjelaskan mengapa proses kompresi tidak dapat dihentikan, mereka tidak terbatas dan tidak terbatas.
Inilah lubang hitam misterius ini, yang telah dipertaruhkan oleh para astrofisikawan selama lebih dari satu dekade.
