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Buco nero: cosa c'è dentro? Fatti e ricerche interessanti. Cos'è un buco nero e perché attrae? Descrizione, foto e video Tutto sul buco nero

A causa dell'aumento relativamente recente dell'interesse per la realizzazione di film di divulgazione scientifica sull'esplorazione dello spazio, lo spettatore moderno ha sentito parlare molto di fenomeni come la singolarità o il buco nero. Tuttavia, i film ovviamente non rivelano la piena natura di questi fenomeni e talvolta distorcono persino le teorie scientifiche costruite per ottenere un maggiore effetto. Per questo motivo, la presentazione di molti persone moderne su questi fenomeni o in modo completamente superficiale o completamente erroneamente. Una delle soluzioni al problema che è sorto è questo articolo, in cui cercheremo di comprendere i risultati della ricerca esistente e rispondere alla domanda: cos'è un buco nero?

Nel 1784, il sacerdote e naturalista inglese John Michell menzionò per la prima volta in una lettera alla Royal Society un ipotetico corpo massiccio che ha un'attrazione gravitazionale così forte che la seconda velocità cosmica per esso supererebbe la velocità della luce. La seconda velocità di fuga è la velocità di cui un oggetto relativamente piccolo avrebbe bisogno per superare l'attrazione gravitazionale di un corpo celeste e lasciare l'orbita chiusa attorno a questo corpo. Secondo i suoi calcoli, un corpo con la densità del Sole e con un raggio di 500 raggi solari avrà sulla sua superficie una seconda velocità cosmica pari alla velocità della luce. In questo caso, anche la luce non lascerà la superficie di un tale corpo, e quindi questo corpo assorbirà solo la luce in entrata e rimarrà invisibile all'osservatore - una specie di macchia nera sullo sfondo dello spazio buio.

Tuttavia, il concetto di corpo supermassiccio proposto da Michell non ha suscitato molto interesse fino al lavoro di Einstein. Ricordiamo che quest'ultimo ha definito la velocità della luce come la velocità limite di trasferimento delle informazioni. Inoltre, Einstein ha ampliato la teoria della gravità per velocità vicine alla velocità della luce (). Di conseguenza, non era più rilevante applicare la teoria newtoniana ai buchi neri.

L'equazione di Einstein

Come risultato dell'applicazione della relatività generale ai buchi neri e della risoluzione delle equazioni di Einstein, sono stati rivelati i parametri principali di un buco nero, di cui ce ne sono solo tre: massa, carica elettrica e momento angolare. Da segnalare il significativo contributo dell'astrofisico indiano Subramanyan Chandrasekhar, che ha realizzato una fondamentale monografia: "The Mathematical Theory of Black Holes".

Pertanto, la soluzione delle equazioni di Einstein è rappresentata da quattro opzioni per quattro possibili tipi di buchi neri:

Buco nero senza rotazione e senza carica: la soluzione di Schwarzschild. Una delle prime descrizioni di un buco nero (1916) utilizzando le equazioni di Einstein, ma senza tenere conto di due dei tre parametri del corpo. La soluzione del fisico tedesco Karl Schwarzschild consente di calcolare il campo gravitazionale esterno di un corpo massiccio sferico. Una caratteristica del concetto di buco nero dello scienziato tedesco è la presenza di un orizzonte degli eventi e quello dietro di esso. Schwarzschild calcolò anche per primo il raggio gravitazionale, che ha ricevuto il suo nome, che determina il raggio della sfera su cui si troverebbe l'orizzonte degli eventi per un corpo con una data massa.
Un buco nero senza rotazione con una carica: la soluzione di Reisner-Nordström. Una soluzione proposta nel 1916-1918, tenendo conto della possibile carica elettrica di un buco nero. Questa carica non può essere arbitrariamente grande ed è limitata a causa della conseguente repulsione elettrica. Quest'ultimo deve essere compensato dall'attrazione gravitazionale.
Un buco nero con rotazione e senza carica: la soluzione di Kerr (1963). Un buco nero di Kerr rotante differisce da uno statico per la presenza della cosiddetta ergosfera (continua a leggere su questo e altri componenti di un buco nero).
BH con rotazione e carica - soluzione Kerr-Newman. Questa soluzioneè stato calcolato nel 1965 ed è attualmente il più completo, poiché tiene conto di tutti e tre i parametri del buco nero. Tuttavia, si presume ancora che i buchi neri in natura abbiano una carica insignificante.

La formazione di un buco nero

Esistono diverse teorie su come si forma e appare un buco nero, la più famosa delle quali è l'emergere di una stella con massa sufficiente a seguito del collasso gravitazionale. Tale compressione può porre fine all'evoluzione delle stelle con una massa superiore a tre masse solari. Al completamento delle reazioni termonucleari all'interno di tali stelle, iniziano a ridursi rapidamente in una superdensa. Se la pressione del gas di una stella di neutroni non può compensare le forze gravitazionali, cioè la massa della stella supera il cosiddetto. Limite di Oppenheimer-Volkov, quindi il collasso continua, a seguito del quale la materia viene compressa in un buco nero.

Il secondo scenario che descrive la nascita di un buco nero è la compressione del gas protogalattico, cioè del gas interstellare che si trova nella fase di trasformazione in una galassia o in una specie di ammasso. In caso di pressione interna insufficiente per compensare la stessa forze gravitazionali potrebbe formarsi un buco nero.

Restano ipotetici altri due scenari:

Il verificarsi di un buco nero di conseguenza - il cosiddetto. buchi neri primordiali.
Evento come risultato di reazioni nucleari ad alte energie. Un esempio di tali reazioni sono gli esperimenti sui collisori.

Struttura e fisica dei buchi neri

La struttura di un buco nero secondo Schwarzschild include solo due elementi che sono stati menzionati in precedenza: la singolarità e l'orizzonte degli eventi di un buco nero. Parlando brevemente della singolarità, si può notare che è impossibile tracciare una linea retta attraverso di essa, e anche che la maggior parte delle teorie fisiche esistenti non funzionano al suo interno. Pertanto, la fisica della singolarità rimane un mistero per gli scienziati oggi. buco nero - questa è una specie di confine, attraversando il quale, un oggetto fisico perde la capacità di tornare oltre e "cadere" inequivocabilmente nella singolarità di un buco nero.

La struttura di un buco nero diventa un po' più complicata nel caso della soluzione di Kerr, cioè in presenza di rotazione BH. La soluzione di Kerr implica che il buco abbia un'ergosfera. Ergosfera - una certa area situata al di fuori dell'orizzonte degli eventi, all'interno della quale tutti i corpi si muovono nella direzione di rotazione del buco nero. Questa zona non è ancora entusiasmante ed è possibile abbandonarla, a differenza dell'orizzonte degli eventi. L'ergosfera è probabilmente una specie di analogo di un disco di accrescimento, che rappresenta una sostanza rotante attorno a corpi massicci. Se un buco nero di Schwarzschild statico è rappresentato come una sfera nera, allora il buco nero di Kerry, per la presenza di un'ergosfera, ha la forma di un ellissoide oblato, nella forma del quale abbiamo visto spesso i buchi neri nei disegni, in film o videogiochi.

Quanto pesa un buco nero? - Il più grande materiale teorico sull'aspetto di un buco nero è disponibile per lo scenario della sua apparizione a seguito del collasso di una stella. In questo caso, la massa massima di una stella di neutroni e la massa minima di un buco nero sono determinate dal limite di Oppenheimer-Volkov, secondo il quale il limite inferiore della massa BH è 2,5 - 3 masse solari. Il buco nero più pesante mai scoperto (nella galassia NGC 4889) ha una massa di 21 miliardi di masse solari. Tuttavia, non bisogna dimenticare i buchi neri, ipoteticamente risultanti da reazioni nucleari ad alte energie, come quelle dei collisori. La massa di tali buchi neri quantistici, in altre parole "buchi neri di Planck", è dell'ordine di , ovvero 2 10 −5 g.
Dimensione del buco nero. Il raggio BH minimo può essere calcolato dalla massa minima (2,5 - 3 masse solari). Se il raggio gravitazionale del Sole, cioè l'area in cui sarebbe l'orizzonte degli eventi, è di circa 2,95 km, il raggio minimo di un BH di 3 masse solari sarà di circa nove chilometri. Dimensioni così relativamente piccole non si adattano alla testa quando si tratta di oggetti enormi che attraggono tutto ciò che c'è intorno. Tuttavia, per i buchi neri quantistici, il raggio è -10 -35 m.
La densità media di un buco nero dipende da due parametri: massa e raggio. La densità di un buco nero con una massa di circa tre masse solari è di circa 6 10 26 kg/m³, mentre la densità dell'acqua è di 1000 kg/m³. Tuttavia, questi piccoli buchi neri non sono stati trovati dagli scienziati. La maggior parte dei BH rilevati ha masse maggiori di 105 masse solari. C'è un modello interessante secondo il quale più massiccio è il buco nero, minore è la sua densità. In questo caso, una variazione di massa di 11 ordini di grandezza comporta una variazione di densità di 22 ordini di grandezza. Pertanto, un buco nero con una massa di 1 ·10 9 masse solari ha una densità di 18,5 kg/m³, che è uno in meno della densità dell'oro. E i buchi neri con una massa superiore a 10 10 masse solari possono avere una densità media inferiore alla densità dell'aria. Sulla base di questi calcoli, è logico supporre che la formazione di un buco nero non avvenga a causa della compressione della materia, ma come risultato dell'accumulo di una grande quantità di materia in un certo volume. Nel caso dei buchi neri quantistici, la loro densità può essere di circa 10 94 kg/m³.
Anche la temperatura di un buco nero è inversamente proporzionale alla sua massa. Questa temperatura è direttamente correlata a . Lo spettro di questa radiazione coincide con lo spettro di un corpo completamente nero, cioè un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente. Lo spettro di radiazione di un corpo nero dipende solo dalla sua temperatura, quindi la temperatura di un buco nero può essere determinata dallo spettro di radiazione di Hawking. Come accennato in precedenza, questa radiazione è tanto più potente, tanto più piccolo è il buco nero. Allo stesso tempo, la radiazione di Hawking rimane ipotetica, poiché non è stata ancora osservata dagli astronomi. Ne consegue che se esiste la radiazione di Hawking, la temperatura dei BH osservati è così bassa da non consentire di rilevare questa radiazione. Secondo i calcoli, anche la temperatura di un buco con una massa dell'ordine della massa del Sole è trascurabilmente piccola (1 ·10 -7 K o -272°C). La temperatura dei buchi neri quantistici può raggiungere circa 10 12 K e, con la loro rapida evaporazione (circa 1,5 min.), tali buchi neri possono emettere energia dell'ordine di dieci milioni di bombe atomiche. Ma, fortunatamente, la creazione di tali ipotetici oggetti richiederà un'energia 10 14 volte maggiore di quella raggiunta oggi al Large Hadron Collider. Inoltre, tali fenomeni non sono mai stati osservati dagli astronomi.

Di cosa è fatto un CHD?

Un'altra domanda preoccupa sia gli scienziati che coloro che sono semplicemente appassionati di astrofisica: in cosa consiste un buco nero? Non esiste una risposta univoca a questa domanda, poiché non è possibile guardare oltre l'orizzonte degli eventi che circonda un buco nero. Inoltre, come accennato in precedenza, i modelli teorici di un buco nero prevedono solo 3 delle sue componenti: l'ergosfera, l'orizzonte degli eventi e la singolarità. È logico supporre che nell'ergosfera ci siano solo quegli oggetti che sono stati attratti dal buco nero e che ora ruotano attorno ad esso: vari tipi di corpi cosmici e gas cosmici. L'orizzonte degli eventi è solo un sottile confine implicito, una volta oltre il quale, gli stessi corpi cosmici sono irrevocabilmente attratti verso l'ultimo componente principale del buco nero: la singolarità. La natura della singolarità non è stata studiata oggi ed è troppo presto per parlare della sua composizione.

Secondo alcune ipotesi, un buco nero può essere costituito da neutroni. Se seguiamo lo scenario del verificarsi di un buco nero a seguito della compressione di una stella in una stella di neutroni con la sua successiva compressione, allora, probabilmente, la parte principale del buco nero è costituita da neutroni, di cui la stella di neutroni stesso consiste. In parole semplici: Quando una stella collassa, i suoi atomi vengono compressi in modo tale che gli elettroni si combinino con i protoni, formando così neutroni. Tale reazione avviene infatti in natura, con la formazione di un neutrone, avviene l'emissione di neutrini. Tuttavia, queste sono solo ipotesi.

Cosa succede se cadi in un buco nero?

Cadere in un buco nero astrofisico porta allo stiramento del corpo. Si consideri un ipotetico astronauta suicida che si dirige verso un buco nero indossando nient'altro che una tuta spaziale, i piedi prima di tutto. Attraversando l'orizzonte degli eventi, l'astronauta non noterà alcun cambiamento, nonostante non abbia più l'opportunità di tornare indietro. Ad un certo punto, l'astronauta raggiungerà un punto (leggermente dietro l'orizzonte degli eventi) in cui comincerà a verificarsi la deformazione del suo corpo. Poiché il campo gravitazionale di un buco nero non è uniforme ed è rappresentato da un gradiente di forza crescente verso il centro, le gambe dell'astronauta saranno soggette a un effetto gravitazionale notevolmente maggiore rispetto, ad esempio, alla testa. Quindi, a causa della gravità, o meglio delle forze di marea, le gambe "cadranno" più velocemente. Pertanto, il corpo inizia ad allungarsi gradualmente in lunghezza. Per descrivere questo fenomeno, gli astrofisici hanno escogitato un termine piuttosto creativo: spaghettificazione. Un ulteriore stiramento del corpo lo decomporrà probabilmente in atomi che, prima o poi, raggiungeranno una singolarità. Si può solo immaginare cosa proverà una persona in questa situazione. Vale la pena notare che l'effetto dello stiramento del corpo è inversamente proporzionale alla massa del buco nero. Cioè, se un BH con la massa di tre Soli allunga/rompe istantaneamente il corpo, allora il buco nero supermassiccio avrà forze di marea inferiori e, ci sono suggerimenti che alcuni materiali fisici potrebbero "tollerare" una tale deformazione senza perdere la loro struttura.

Come sapete, vicino a oggetti enormi, il tempo scorre più lentamente, il che significa che il tempo per un astronauta suicida scorrerà molto più lentamente che per i terrestri. In tal caso, forse sopravviverà non solo ai suoi amici, ma alla Terra stessa. Saranno necessari calcoli per determinare quanto tempo rallenterà per un astronauta, tuttavia, da quanto sopra, si può presumere che l'astronauta cadrà nel buco nero molto lentamente e potrebbe semplicemente non vivere abbastanza per vedere il momento in cui il suo corpo inizia deformare.

È interessante notare che per un osservatore esterno, tutti i corpi che sono volati fino all'orizzonte degli eventi rimarranno ai margini di questo orizzonte finché la loro immagine non scompare. La ragione di questo fenomeno è il redshift gravitazionale. Semplificando un po', possiamo dire che la luce che cade sul corpo di un astronauta suicida "congelato" all'orizzonte degli eventi cambierà la sua frequenza a causa del suo tempo di rallentamento. Con il passare del tempo più lentamente, la frequenza della luce diminuirà e la lunghezza d'onda aumenterà. Come risultato di questo fenomeno, all'uscita, cioè per un osservatore esterno, la luce si sposterà gradualmente verso la bassa frequenza - rossa. Avverrà uno spostamento della luce lungo lo spettro, man mano che l'astronauta suicida si allontana sempre più dall'osservatore, anche se in modo quasi impercettibile, e il suo tempo scorre sempre più lentamente. Pertanto, la luce riflessa dal suo corpo andrà presto oltre lo spettro visibile (l'immagine scomparirà) e in futuro il corpo dell'astronauta potrà essere rilevato solo nella regione dell'infrarosso, successivamente nella regione della radiofrequenza e, di conseguenza, la radiazione sarà completamente sfuggente.

Nonostante quanto scritto sopra, si presume che in buchi neri supermassicci molto grandi, le forze di marea non cambino molto con la distanza e agiscano in modo quasi uniforme sul corpo in caduta. In questo caso, la caduta navicella spaziale manterrebbe la sua struttura. Sorge una domanda ragionevole: dove conduce un buco nero? Questa domanda può essere risolta dal lavoro di alcuni scienziati, che collegano due fenomeni come i wormhole e i buchi neri.

Già nel 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen, tenendo conto, avanzarono un'ipotesi sull'esistenza dei cosiddetti wormhole, che collegano due punti dello spazio-tempo in luoghi di significativa curvatura di quest'ultimo: il ponte Einstein-Rosen o wormhole. Per una così potente curvatura dello spazio, saranno necessari corpi con una massa gigantesca, con il ruolo di cui i buchi neri potrebbero far fronte perfettamente.

Il ponte Einstein-Rosen è considerato un wormhole impenetrabile, poiché è piccolo e instabile.

Un wormhole attraversabile è possibile all'interno della teoria dei buchi bianchi e neri. Dove il buco bianco è l'output delle informazioni che sono cadute nel buco nero. Il buco bianco è descritto nel quadro della relatività generale, ma oggi rimane ipotetico e non è stato scoperto. Un altro modello di wormhole è stato proposto dagli scienziati americani Kip Thorne e dal suo studente laureato Mike Morris, che può essere accettabile. Tuttavia, come nel caso del wormhole Morris-Thorne, così nel caso dei buchi bianchi e neri, la possibilità di viaggiare richiede l'esistenza della cosiddetta materia esotica, che ha energia negativa e rimane anche ipotetica.

Buchi neri nell'universo

L'esistenza dei buchi neri è stata confermata in tempi relativamente recenti (settembre 2015), ma prima di allora c'era già molto materiale teorico sulla natura dei buchi neri, così come molti oggetti candidati per il ruolo di un buco nero. Innanzitutto bisogna tenere conto delle dimensioni del buco nero, poiché da esse dipende la natura stessa del fenomeno:

buco nero di massa stellare. Tali oggetti si formano a seguito del crollo di una stella. Come accennato in precedenza, la massa minima di un corpo in grado di formare un tale buco nero è di 2,5 - 3 masse solari.
Buchi neri di massa intermedia. Un tipo intermedio condizionale di buchi neri che sono aumentati a causa dell'assorbimento di oggetti vicini, come accumuli di gas, una stella vicina (in sistemi di due stelle) e altri corpi cosmici.
Buco nero supermassiccio. Oggetti compatti con 10 5 -10 10 masse solari. Le proprietà distintive di tali BH sono la densità paradossalmente bassa, così come le deboli forze di marea, che sono state discusse in precedenza. È questo buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, la Via Lattea (Sagittarius A*, Sgr A*), così come la maggior parte delle altre galassie.

Candidati per CHD

Il buco nero più vicino, o meglio candidato al ruolo di buco nero, è un oggetto (V616 Unicorn), che si trova a una distanza di 3000 anni luce dal Sole (nella nostra galassia). È costituito da due componenti: una stella con una massa della metà della massa solare, nonché un piccolo corpo invisibile, la cui massa è di 3 - 5 masse solari. Se questo oggetto risulta essere un piccolo buco nero di massa stellare, allora di diritto sarà il buco nero più vicino.

Seguendo questo oggetto, il secondo buco nero più vicino è Cyg X-1 (Cyg X-1), che è stato il primo candidato per il ruolo di buco nero. La distanza è di circa 6070 anni luce. Abbastanza ben studiato: ha una massa di 14,8 masse solari e un raggio dell'orizzonte degli eventi di circa 26 km.

Secondo alcune fonti, un altro candidato più vicino per il ruolo di buco nero potrebbe essere un corpo nel sistema stellare V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), che, secondo stime nel 1999, si trovava a una distanza di 1600 anni luce. Tuttavia, studi successivi hanno aumentato questa distanza di almeno 15 volte.

Quanti buchi neri ci sono nella nostra galassia?

Non esiste una risposta esatta a questa domanda, dal momento che è piuttosto difficile osservarli e durante l'intero studio del cielo gli scienziati sono riusciti a rilevare una dozzina di buchi neri all'interno della Via Lattea. Senza indulgere nei calcoli, notiamo che nella nostra galassia ci sono circa 100 - 400 miliardi di stelle e circa ogni millesimo di stella ha una massa sufficiente per formare un buco nero. È probabile che durante l'esistenza della Via Lattea si siano formati milioni di buchi neri. Dal momento che è più facile registrare enormi buchi neri, è logico presumere che la maggior parte dei BH nella nostra galassia non siano supermassicci. È interessante notare che la ricerca della NASA nel 2005 suggerisce la presenza di un intero sciame di buchi neri (10-20 mila) in orbita attorno al centro della galassia. Inoltre, nel 2016, gli astrofisici giapponesi hanno scoperto un enorme satellite vicino all'oggetto * - un buco nero, il nucleo della Via Lattea. A causa del piccolo raggio (0,15 anni luce) di questo corpo, nonché della sua enorme massa (100.000 masse solari), gli scienziati suggeriscono che questo oggetto sia anche un buco nero supermassiccio.

Il nucleo della nostra galassia, il buco nero della Via Lattea (Sagittarius A*, Sgr A* o Sagittario A*) è supermassiccio e ha una massa di 4,31 10 6 masse solari, e un raggio di 0,00071 anni luce (6,25 ore luce o 6,75 miliardi di km). La temperatura del Sagittario A* insieme al grappolo che lo circonda è di circa 1 10 7 K.

Il più grande buco nero

Il più grande buco nero nell'universo che gli scienziati sono stati in grado di rilevare è un buco nero supermassiccio, il blazar FSRQ, al centro della galassia S5 0014+81, a una distanza di 1,2·10 10 anni luce dalla Terra. Secondo i risultati preliminari dell'osservazione, utilizzando l'osservatorio spaziale Swift, la massa del buco nero era di 40 miliardi (40 10 9) di masse solari e il raggio di Schwarzschild di tale buco era di 118,35 miliardi di chilometri (0,013 anni luce). Inoltre, secondo i calcoli, è sorto 12,1 miliardi di anni fa (1,6 miliardi di anni dopo il Big Bang). Se questo gigantesco buco nero non assorbe la materia che lo circonda, vivrà fino a vedere l'era dei buchi neri, una delle ere nello sviluppo dell'Universo, durante la quale i buchi neri domineranno al suo interno. Se il nucleo della galassia S5 0014+81 continua a crescere, diventerà uno degli ultimi buchi neri che esisteranno nell'universo.

Gli altri due buchi neri conosciuti, sebbene non nominati, lo hanno valore più alto per lo studio dei buchi neri, dal momento che ne hanno confermato l'esistenza sperimentalmente, e hanno fornito importanti risultati anche per lo studio della gravità. Stiamo parlando dell'evento GW150914, chiamato collisione di due buchi neri in uno. Questo evento ha permesso di registrarsi.

Rilevamento di buchi neri

Prima di considerare i metodi per rilevare i buchi neri, si dovrebbe rispondere alla domanda: perché un buco nero è nero? - la risposta non richiede una profonda conoscenza dell'astrofisica e della cosmologia. Il fatto è che un buco nero assorbe tutta la radiazione che gli cade sopra e non si irradia affatto, se non si tiene conto dell'ipotetico. Se consideriamo più in dettaglio questo fenomeno, possiamo supporre che all'interno dei buchi neri non ci siano processi che portino al rilascio di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Quindi, se il buco nero si irradia, allora è nello spettro di Hawking (che coincide con lo spettro di un corpo riscaldato, assolutamente nero). Tuttavia, come accennato in precedenza, questa radiazione non è stata rilevata, il che suggerisce una temperatura completamente bassa dei buchi neri.

Un'altra teoria generalmente accettata afferma che la radiazione elettromagnetica non è affatto in grado di lasciare l'orizzonte degli eventi. È molto probabile che i fotoni (particelle di luce) non siano attratti da oggetti massicci, poiché secondo la teoria essi stessi non hanno massa. Tuttavia, il buco nero "attrae" ancora i fotoni di luce attraverso la distorsione dello spazio-tempo. Se immaginiamo un buco nero nello spazio come una sorta di depressione sulla superficie liscia dello spazio-tempo, allora c'è una certa distanza dal centro del buco nero, avvicinandosi alla quale la luce non potrà più allontanarsi da esso. Cioè, grosso modo, la luce inizia a "cadere" nella "fossa", che non ha nemmeno un "fondo".

Inoltre, dato l'effetto dello spostamento verso il rosso gravitazionale, è possibile che la luce in un buco nero perda la sua frequenza, spostandosi lungo lo spettro nella regione della radiazione a onde lunghe a bassa frequenza, fino a perdere del tutto energia.

Quindi, un buco nero è nero e quindi difficile da rilevare nello spazio.

Metodi di rilevamento

Considera i metodi utilizzati dagli astronomi per rilevare un buco nero:

Oltre ai metodi sopra menzionati, gli scienziati spesso associano oggetti come buchi neri e. I quasar sono alcuni accumuli di corpi cosmici e gas, che sono tra gli oggetti astronomici più luminosi dell'Universo. Dal momento che hanno un'elevata intensità di luminescenza a dimensioni relativamente piccole, c'è motivo di credere che il centro di questi oggetti sia un buco nero supermassiccio, che attira a sé la materia circostante. A causa di una così potente attrazione gravitazionale, la materia attratta è così riscaldata da irradiarsi intensamente. Il rilevamento di tali oggetti viene solitamente confrontato con il rilevamento di un buco nero. A volte i quasar possono irradiare getti di plasma riscaldato in due direzioni: getti relativistici. Le ragioni dell'emergere di tali getti (jet) non sono del tutto chiare, ma sono probabilmente causate dall'interazione dei campi magnetici del buco nero e del disco di accrescimento, e non sono emesse da un buco nero diretto.

Un jet nella galassia M87 che colpisce dal centro di un buco nero

Riassumendo quanto sopra, si può immaginare, da vicino: si tratta di un oggetto sferico nero, attorno al quale ruota materia fortemente riscaldata, formando un disco di accrescimento luminoso.

Fusione e collisione di buchi neri

Uno dei fenomeni più interessanti in astrofisica è la collisione di buchi neri, che consente anche di rilevare corpi astronomici così massicci. Tali processi interessano non solo agli astrofisici, poiché danno luogo a fenomeni poco studiati dai fisici. L'esempio più chiaro è l'evento precedentemente menzionato chiamato GW150914, quando due buchi neri si sono avvicinati così tanto che, a causa della reciproca attrazione gravitazionale, si sono fusi in uno solo. Un'importante conseguenza di questa collisione fu l'emergere delle onde gravitazionali.

Secondo la definizione di onde gravitazionali, questi sono tali cambiamenti campo gravitazionale, che si propagano in modo ondulatorio da enormi oggetti in movimento. Quando due di questi oggetti si avvicinano, iniziano a ruotare attorno a un baricentro comune. Man mano che si avvicinano, la loro rotazione attorno al proprio asse aumenta. Oscillazioni variabili simili del campo gravitazionale a un certo punto possono formarne una potente onda gravitazionale, che è in grado di diffondersi nello spazio per milioni di anni luce. Quindi, a una distanza di 1,3 miliardi di anni luce, si è verificata una collisione di due buchi neri, che hanno formato una potente onda gravitazionale che ha raggiunto la Terra il 14 settembre 2015 ed è stata registrata dai rivelatori LIGO e VIRGO.

Come muoiono i buchi neri?

Ovviamente, affinché un buco nero cessi di esistere, dovrebbe perdere tutta la sua massa. Tuttavia, secondo la sua definizione, nulla può lasciare il buco nero se ha attraversato il suo orizzonte degli eventi. È noto che per la prima volta il fisico teorico sovietico Vladimir Gribov ha menzionato la possibilità di emissione di particelle da parte di un buco nero nella sua discussione con un altro scienziato sovietico Yakov Zel'dovich. Lo ha sostenuto in termini di meccanica quantistica Un buco nero è in grado di emettere particelle attraverso un effetto tunnel. Successivamente, con l'aiuto della meccanica quantistica, ha costruito la sua teoria, un po' diversa, del fisico teorico inglese Stephen Hawking. Puoi leggere di più su questo fenomeno. Insomma, nel vuoto ci sono le cosiddette particelle virtuali che nascono costantemente in coppia e si annichilano a vicenda, pur non interagendo con il mondo esterno. Ma se tali coppie sorgono all'orizzonte degli eventi del buco nero, allora una forte gravità è ipoteticamente in grado di separarle, con una particella che cade nel buco nero e l'altra che si allontana dal buco nero. E poiché una particella che è volata via da un buco può essere osservata, e quindi ha energia positiva, una particella che è caduta in un buco deve avere energia negativa. Pertanto, il buco nero perderà la sua energia e si verificherà un effetto chiamato evaporazione del buco nero.

Secondo i modelli disponibili di un buco nero, come accennato in precedenza, al diminuire della sua massa, la sua radiazione diventa più intensa. Quindi, nella fase finale dell'esistenza di un buco nero, quando può essere ridotto alle dimensioni di un buco nero quantistico, rilascerà un'enorme quantità di energia sotto forma di radiazione, che può essere equivalente a migliaia o addirittura milioni di bombe atomiche. Questo evento ricorda in qualche modo l'esplosione di un buco nero, come la stessa bomba. Secondo i calcoli, i buchi neri primordiali potrebbero essere nati a seguito del Big Bang e quelli, la cui massa è dell'ordine di 10 12 kg, dovrebbero essere evaporati ed esplodere intorno ai nostri giorni. Comunque sia, tali esplosioni non sono mai state viste dagli astronomi.

Nonostante il meccanismo proposto da Hawking per la distruzione dei buchi neri, le proprietà della radiazione di Hawking causano un paradosso nella meccanica quantistica. Se un buco nero assorbe un corpo e poi perde la massa risultante dall'assorbimento di questo corpo, indipendentemente dalla natura del corpo, il buco nero non differirà da quello che era prima dell'assorbimento del corpo. In questo caso, le informazioni sul corpo sono perse per sempre. Dal punto di vista dei calcoli teorici, la trasformazione dello stato puro iniziale nello stato misto ("termico") risultante non corrisponde all'attuale teoria della meccanica quantistica. Questo paradosso è talvolta chiamato la scomparsa dell'informazione buco nero. Una vera soluzione a questo paradosso non è mai stata trovata. Opzioni note per risolvere il paradosso:

Incoerenza della teoria di Hawking. Ciò comporta l'impossibilità di distruggere il buco nero e la sua crescita costante.
La presenza di buchi bianchi. In questo caso, l'informazione assorbita non scompare, ma viene semplicemente espulsa in un altro Universo.
Incoerenza della teoria generalmente accettata della meccanica quantistica.

Problema irrisolto della fisica dei buchi neri

A giudicare da tutto ciò che è stato descritto in precedenza, i buchi neri, sebbene siano stati studiati per un tempo relativamente lungo, hanno ancora molte caratteristiche, i cui meccanismi non sono ancora noti agli scienziati.

Nel 1970 uno scienziato inglese formulò il cosiddetto. "principio della censura cosmica" - "La natura detesta la nuda singolarità". Ciò significa che la singolarità si forma solo in luoghi nascosti alla vista, come il centro di un buco nero. Tuttavia, questo principio non è stato ancora dimostrato. Esistono anche calcoli teorici secondo i quali può verificarsi una singolarità "nuda".
Anche il "teorema senza capelli", secondo il quale i buchi neri hanno solo tre parametri, non è stato dimostrato.
Non è stata sviluppata una teoria completa della magnetosfera del buco nero.
La natura e la fisica della singolarità gravitazionale non sono state studiate.
Non si sa con certezza cosa accada nella fase finale dell'esistenza di un buco nero e cosa rimanga dopo il suo decadimento quantistico.

Fatti interessanti sui buchi neri

Riassumendo quanto sopra, possiamo evidenziare diverse caratteristiche interessanti e insolite della natura dei buchi neri:

I buchi neri hanno solo tre parametri: massa, carica elettrica e momento angolare. Come risultato di un numero così piccolo di caratteristiche di questo corpo, il teorema che lo afferma è chiamato "teorema senza capelli". Da qui deriva anche la frase "un buco nero non ha capelli", il che significa che due buchi neri sono assolutamente identici, i loro tre parametri menzionati sono gli stessi.
La densità dei buchi neri può essere inferiore alla densità dell'aria e la temperatura è vicina allo zero assoluto. Da ciò possiamo supporre che la formazione di un buco nero avvenga non per compressione della materia, ma come risultato dell'accumulo di una grande quantità di materia in un certo volume.
Il tempo per i corpi assorbiti dai buchi neri è molto più lento che per un osservatore esterno. Inoltre, i corpi assorbiti sono significativamente allungati all'interno del buco nero, che è stato chiamato spaghettificazione dagli scienziati.
Potrebbero esserci circa un milione di buchi neri nella nostra galassia.
Probabilmente c'è un buco nero supermassiccio al centro di ogni galassia.
In futuro, secondo il modello teorico, l'Universo raggiungerà la cosiddetta era dei buchi neri, quando i buchi neri diventeranno i corpi dominanti nell'Universo.

Il 10 aprile, un team di astrofisici del progetto Event Horizon Telescope ha rilasciato la prima immagine in assoluto di un buco nero. Questi oggetti spaziali giganteschi ma invisibili sono ancora tra i più misteriosi e intriganti del nostro universo.

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Cos'è un buco nero?

Un buco nero è un oggetto (regione nello spaziotempo) la cui gravità è così forte da attrarre tutti gli oggetti conosciuti, compresi quelli che si muovono alla velocità della luce. Anche i quanti della luce stessa non possono lasciare questa regione, quindi il buco nero è invisibile. Puoi solo guardare onde elettromagnetiche, radiazioni e distorsioni dello spazio attorno al buco nero. Pubblicato dall'Event Horizon Telescope, è raffigurato l'orizzonte degli eventi di un buco nero - il confine di una regione con gravità superforte, incorniciato da un disco di accrescimento - materia luminosa che viene "risucchiata" da un buco.

Il termine "buco nero" è apparso a metà del 20° secolo, è stato introdotto dal fisico teorico americano John Archibald Wheeler. Ha usato il termine per la prima volta in una conferenza scientifica nel 1967.

Tuttavia, già nel XVIII secolo furono avanzate ipotesi sull'esistenza di oggetti così massicci che nemmeno la luce non può superare la loro forza di attrazione. La moderna teoria dei buchi neri ha cominciato a prendere forma nell'ambito di teoria generale relatività. È interessante notare che lo stesso Albert Einstein non credeva nell'esistenza dei buchi neri.

Da dove vengono i buchi neri?

Gli scienziati ritengono che i buchi neri abbiano origini diverse. Le stelle massicce diventano un buco nero alla fine della loro vita: nel corso di miliardi di anni, la composizione dei gas e la temperatura al loro interno cambiano, il che porta a uno squilibrio tra la gravità della stella e la pressione dei gas caldi. Poi la stella collassa: il suo volume diminuisce, ma poiché la massa non cambia, la densità aumenta. Un tipico buco nero di massa stellare ha un raggio di 30 chilometri e una densità di oltre 200 milioni di tonnellate per centimetro cubo. Per fare un confronto: affinché la Terra diventi un buco nero, il suo raggio deve essere di 9 millimetri.

Esiste un altro tipo di buco nero: i buchi neri supermassicci, che costituiscono il nucleo della maggior parte delle galassie. La loro massa è un miliardo di volte maggiore della massa dei buchi neri stellari. L'origine dei buchi neri supermassicci è sconosciuta, ma si ipotizza che un tempo fossero buchi neri di massa stellare che crescevano inglobando altre stelle.

C'è anche l'idea controversa dell'esistenza di buchi neri primordiali, che potrebbero essere comparsi dalla compressione di qualsiasi massa all'inizio dell'esistenza dell'universo. Inoltre, si presume che al Large Hadron Collider si formino buchi neri molto piccoli con una massa vicina alla massa delle particelle elementari. Tuttavia, non ci sono ancora conferme di questa versione.

Un buco nero inghiottirà la nostra galassia?

Al centro della Via Lattea c'è un buco nero - Sagittario A*. La sua massa è quattro milioni di volte la massa del Sole e la sua dimensione - 25 milioni di chilometri - è approssimativamente uguale al diametro di 18 soli. Tali scale portano alcuni a chiedersi: un buco nero sta minacciando l'intera nostra galassia? Le ragioni di tali ipotesi non sono solo fantascienza: alcuni anni fa, gli scienziati hanno riferito della galassia W2246-0526, che si trova a 12,5 miliardi di anni luce dal nostro pianeta. Secondo la descrizione degli astronomi, situata al centro di W2246-0526, il buco nero supermassiccio lo sta gradualmente lacerando e la radiazione risultante da questo processo accelera gigantesche nubi di gas calde in tutte le direzioni. Una galassia lacerata da un buco nero brilla più di 300 trilioni di soli.

Tuttavia, nulla del genere minaccia la nostra galassia natale (almeno a breve termine). La maggior parte degli oggetti nella Via Lattea, incluso il sistema solare, sono troppo lontani da un buco nero per sentirne l'attrazione. Inoltre, il "nostro" buco nero non aspira tutto il materiale come un aspirapolvere, ma funge solo da ancora gravitazionale per un gruppo di stelle che gli orbitano attorno, come il Sole per i pianeti.

Tuttavia, anche se dovessimo mai andare oltre l'orizzonte degli eventi di un buco nero, molto probabilmente non lo noteremo nemmeno.

Cosa succede se "cadi" in un buco nero?

Un oggetto trascinato da un buco nero molto probabilmente non sarà in grado di tornare da lì. Per superare la gravità di un buco nero, è necessario sviluppare una velocità superiore a quella della luce, ma l'umanità non sa ancora come farlo.

Il campo gravitazionale attorno a un buco nero è molto forte e non uniforme, quindi tutti gli oggetti vicini cambiano forma e struttura. Il lato dell'oggetto più vicino all'orizzonte degli eventi viene attratto con più forza e cade con maggiore accelerazione, quindi l'intero oggetto si allunga, diventando come la pasta. Ha descritto questo fenomeno nel suo libro Storia breve tempo, famoso fisico teorico Stephen Hawking. Già prima di Hawking, gli astrofisici chiamavano questo fenomeno spaghettificazione.

Se descrivi la spaghettificazione dal punto di vista di un astronauta che è volato prima ai piedi del buco nero, il campo gravitazionale stringerà le sue gambe, quindi allungherà e strapperà il corpo, trasformandolo in un flusso di particelle subatomiche.

Dall'esterno è impossibile vedere la caduta nel buco nero, poiché assorbe la luce. Un osservatore esterno vedrà solo che un oggetto che si avvicina a un buco nero rallenta gradualmente e poi si ferma del tutto. Dopodiché, la sagoma dell'oggetto diventerà sempre più sfocata, diventerà rossa e alla fine scomparirà per sempre.

Secondo Stephen Hawking, tutti gli oggetti attratti da un buco nero rimangono nell'orizzonte degli eventi. Dalla teoria della relatività consegue che vicino a un buco nero, il tempo rallenta fino a fermarsi, quindi per qualcuno che cade, la caduta in un buco nero stesso potrebbe non avvenire mai.

Cosa c'è dentro?

Per ovvie ragioni, al momento non esiste una risposta affidabile a questa domanda. Tuttavia, gli scienziati concordano sul fatto che le leggi della fisica a noi familiari non si applicano più all'interno di un buco nero. Secondo una delle ipotesi più eccitanti ed esotiche, il continuum spazio-temporale attorno al buco nero è talmente distorto che nella realtà stessa si forma un buco, che può essere un portale verso un altro universo - o il cosiddetto wormhole.

Buchi neri: il massimo oggetti misteriosi universo

I buchi neri - forse gli oggetti astronomici più misteriosi ed enigmatici del nostro Universo, hanno attirato l'attenzione degli esperti e stimolano l'immaginazione degli scrittori di fantascienza sin dalla loro scoperta. Cosa sono i buchi neri e che aspetto hanno? I buchi neri sono stelle spente, a causa delle loro caratteristiche fisiche, che hanno una densità così elevata e una gravità così potente che nemmeno la luce può sfuggirvi.

La storia della scoperta dei buchi neri

Per la prima volta, l'esistenza teorica dei buchi neri, molto prima della loro effettiva scoperta, fu suggerita da qualcuno D. Michel (un prete inglese dello Yorkshire, che ama l'astronomia a suo piacimento) nel 1783. Secondo i suoi calcoli, se prendiamo il nostro e lo comprimiamo (detto moderno linguaggio informatico- archivio) fino a un raggio di 3 km., si forma una forza gravitazionale così grande (solo enorme) che nemmeno la luce può lasciarla. Così è apparso il concetto di “buco nero”, anche se in realtà non è affatto nero, a nostro avviso il termine “buco nero” sarebbe più appropriato, perché è proprio l'assenza di luce che si verifica.

Più tardi, nel 1918, il grande scienziato Albert Einstein scrisse del problema dei buchi neri nel contesto. Ma solo nel 1967, grazie agli sforzi dell'astrofisico americano John Wheeler, il concetto di buchi neri ha finalmente conquistato un posto nei circoli accademici.

Comunque sia, sia D. Michel, sia Albert Einstein, e John Wheeler nei loro lavori presumevano solo l'esistenza teorica di questi misteriosi oggetti celesti nello spazio esterno, tuttavia, la vera scoperta dei buchi neri avvenne nel 1971, fu poi che furono notati per la prima volta nello spazio telescopio.

Ecco come appare un buco nero.

Come si formano i buchi neri nello spazio?

Come sappiamo dall'astrofisica, tutte le stelle (incluso il nostro Sole) hanno una quantità limitata di carburante. E sebbene la vita di una stella possa durare miliardi di anni, prima o poi questa fornitura condizionale di carburante finisce e la stella "si spegne". Il processo di "estinzione" di una stella è accompagnato da intense reazioni, durante le quali la stella subisce una notevole trasformazione e, a seconda delle sue dimensioni, può trasformarsi in una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero. Inoltre, le stelle più grandi, che hanno dimensioni incredibilmente impressionanti, di solito si trasformano in un buco nero - a causa della compressione di queste dimensioni incredibili, si verifica un aumento multiplo della massa e della forza gravitazionale del buco nero appena formato, che si trasforma in un tipo di aspirapolvere galattico - assorbe tutto e tutto ciò che lo circonda.

Un buco nero ingoia una stella.

Una piccola nota: il nostro Sole, per gli standard galattici, non è affatto una grande stella e, dopo lo sbiadimento, che avverrà tra qualche miliardo di anni, molto probabilmente non si trasformerà in un buco nero.

Ma siamo onesti con te: oggi gli scienziati non conoscono ancora tutte le complessità della formazione di un buco nero, senza dubbio, questo è un processo astrofisico estremamente complesso, che di per sé può durare milioni di anni. Sebbene sia possibile avanzare in questa direzione, la rilevazione e il successivo studio dei cosiddetti buchi neri intermedi, cioè delle stelle che si trovano in stato di estinzione, in cui è in atto il processo attivo di formazione di un buco nero, potevo. A proposito, una stella simile è stata scoperta dagli astronomi nel 2014 nel braccio di una galassia a spirale.

Quanti buchi neri esistono nell'universo

Secondo le teorie degli scienziati moderni, potrebbero esserci fino a centinaia di milioni di buchi neri nella nostra galassia, la Via Lattea. Non ce ne possono essere di meno nella galassia accanto a noi, a cui non c'è nulla da volare dalla nostra Via Lattea - 2,5 milioni di anni luce.

Teoria dei buchi neri

Nonostante l'enorme massa (che è centinaia di migliaia di volte maggiore della massa del nostro Sole) e l'incredibile forza di gravità, non è stato facile vedere i buchi neri attraverso un telescopio, perché non emettono luce. Gli scienziati sono riusciti a notare un buco nero solo al momento del suo "pasto": l'assorbimento di un'altra stella, in questo momento appare una radiazione caratteristica, che può già essere osservata. Così, la teoria del buco nero ha trovato effettiva conferma.

Proprietà dei buchi neri

La proprietà principale di un buco nero sono i suoi incredibili campi gravitazionali, che non consentono allo spazio e al tempo circostante di rimanere nel loro stato abituale. Sì, hai sentito bene, il tempo all'interno di un buco nero scorre molte volte più lento del solito, e se tu fossi lì, poi tornando indietro (se fossi così fortunato, ovviamente) saresti sorpreso di notare che sono passati secoli sulla Terra, e non invecchierai nemmeno a tempo. Anche se siamo sinceri, se fossi stato all'interno di un buco nero, difficilmente saresti sopravvissuto, poiché la forza gravitazionale è tale che qualsiasi oggetto materiale sarebbe semplicemente fatto a pezzi, nemmeno in parti, in atomi.

Ma se fossi anche vicino a un buco nero, entro i limiti del suo campo gravitazionale, avresti anche difficoltà, perché più resisti alla sua gravità, cercando di volare via, più velocemente cadresti in esso. La ragione di questo apparentemente paradosso è il campo del vortice gravitazionale, che tutti i buchi neri possiedono.

E se una persona cadesse in un buco nero

Evaporazione dei buchi neri

L'astronomo inglese S. Hawking ha scoperto un fatto interessante: anche i buchi neri, a quanto pare, emettono. È vero, questo vale solo per fori di massa relativamente piccola. La potente gravità attorno a loro crea coppie di particelle e antiparticelle, una delle coppie viene tirata verso l'interno dal foro e la seconda viene espulsa verso l'esterno. Pertanto, un buco nero irradia antiparticelle dure e raggi gamma. Questa evaporazione o radiazione da un buco nero prende il nome dallo scienziato che l'ha scoperta: "Radiazione Hawking".

Il più grande buco nero

Secondo la teoria dei buchi neri, al centro di quasi tutte le galassie ci sono enormi buchi neri con masse da diversi milioni a diversi miliardi di masse solari. E relativamente di recente, gli scienziati hanno scoperto i due più grandi buchi neri conosciuti fino ad oggi, si trovano in due galassie vicine: NGC 3842 e NGC 4849.

NGC 3842 è la galassia più luminosa della costellazione del Leone, situata a una distanza di 320 milioni di anni luce da noi. Al centro c'è un enorme buco nero con una massa di 9,7 miliardi di masse solari.

NGC 4849 è una galassia nell'ammasso di Coma, a 335 milioni di anni luce di distanza, che vanta un buco nero altrettanto impressionante.

Le zone d'azione del campo gravitazionale di questi giganteschi buchi neri, o in termini accademici, il loro orizzonte degli eventi, è circa 5 volte la distanza dal Sole a! Un tale buco nero mangerebbe il nostro sistema solare e non soffocherebbe nemmeno.

Il più piccolo buco nero

Ma ci sono rappresentanti molto piccoli nella vasta famiglia dei buchi neri. Quindi il buco nero più nano scoperto dagli scienziati al momento nella sua massa è solo 3 volte la massa del nostro Sole. In realtà questo è il minimo teorico necessario per la formazione di un buco nero, se quella stella fosse stata un po' più piccola il buco non si sarebbe formato.

I buchi neri sono cannibali

Sì, esiste un tale fenomeno, come abbiamo scritto sopra, i buchi neri sono una specie di "aspirapolvere galattici" che assorbono tutto ciò che li circonda, compresi ... altri buchi neri. Recentemente, gli astronomi hanno scoperto che un buco nero di una galassia viene mangiato da un altro grande ghiottone nero di un'altra galassia.

Secondo le ipotesi di alcuni scienziati, i buchi neri non sono solo aspirapolvere galattici che risucchiano tutto in se stessi, ma in determinate circostanze essi stessi possono generare nuovi universi.
I buchi neri possono evaporare nel tempo. Abbiamo scritto sopra che è stato scoperto dallo scienziato inglese Stephen Hawking che i buchi neri hanno la proprietà di radiazione e dopo un periodo di tempo molto lungo, quando non c'è nulla da assorbire intorno, il buco nero inizierà ad evaporare di più, fino a quando cede tutta la sua massa nello spazio circostante. Anche se questa è solo un'ipotesi, un'ipotesi.
I buchi neri rallentano il tempo e piegano lo spazio. Abbiamo già scritto sulla dilatazione del tempo, ma lo spazio nelle condizioni di un buco nero sarà completamente curvo.
I buchi neri limitano il numero di stelle nell'universo. Vale a dire, i loro campi gravitazionali impediscono il raffreddamento delle nubi di gas nello spazio, da cui, come sapete, nascono nuove stelle.

Buchi neri su Discovery Channel, video

E per concludere, vi proponiamo un interessante documentario scientifico sui buchi neri dal canale Discovery.

Quando ho scritto l'articolo, ho cercato di renderlo il più interessante, utile e di alta qualità possibile. Sarò grato per qualsiasi risposta e critiche costruttive sotto forma di commenti all'articolo. Puoi anche scrivere il tuo desiderio / domanda / suggerimento alla mia posta [email protetta] o su Facebook, con rispetto, l'autore.

Di tutti gli ipotetici oggetti nell'universo previsti dalle teorie scientifiche, i buchi neri fanno l'impressione più inquietante. E, sebbene quasi un secolo e mezzo prima della pubblicazione della teoria generale della relatività da parte di Einstein iniziassero a farsi supposizioni sulla loro esistenza, abbastanza recentemente sono state ottenute prove convincenti della realtà della loro esistenza.

Cominciamo con il modo in cui la relatività generale affronta la questione della natura della gravità. La legge di gravitazione universale di Newton afferma che tra due corpi massicci qualsiasi nell'universo c'è una forza di attrazione reciproca. A causa di questa attrazione gravitazionale, la Terra ruota attorno al Sole. La relatività generale ci costringe a guardare il sistema Sole-Terra in modo diverso. Secondo questa teoria, in presenza di un corpo celeste così massiccio come il Sole, lo spazio-tempo, per così dire, collassa sotto il suo peso e l'uniformità del suo tessuto è disturbata. Immagina un trampolino elastico su cui giace una palla pesante (ad esempio, da una pista da bowling). Il tessuto teso cede sotto il suo peso, creando una rarefazione intorno. Allo stesso modo, il Sole spinge lo spazio-tempo su se stesso.

Secondo questa immagine, la Terra rotola semplicemente attorno all'imbuto risultante (tranne che una pallina che rotola attorno a una pesante su un trampolino perderà inevitabilmente velocità e spirerà verso una grande). E ciò che abitualmente percepiamo come forza di gravità nella nostra vita quotidiana non è altro che un cambiamento nella geometria dello spazio-tempo, e non una forza nel senso newtoniano. Ad oggi, non è stata inventata una spiegazione della natura della gravità più efficace di quella che ci offre la teoria della relatività generale.

Ora immagina cosa succede se, nell'ambito dell'immagine proposta, aumentiamo e aumentiamo la massa di una palla pesante, senza aumentarne le dimensioni fisiche? Essendo assolutamente elastico, l'imbuto si approfondirà fino a quando i suoi bordi superiori non convergeranno da qualche parte in alto sopra la palla completamente più pesante, e quindi cesserà semplicemente di esistere se visto dalla superficie. Nell'Universo reale, dopo aver accumulato una massa e una densità di materia sufficienti, l'oggetto sbatte attorno a sé una trappola spazio-temporale, il tessuto dello spazio-tempo si chiude e perde il contatto con il resto dell'Universo, diventandogli invisibile. Ecco come si crea un buco nero.

Schwarzschild e i suoi contemporanei credevano che tali strani oggetti cosmici non esistessero in natura. Lo stesso Einstein non solo aderiva a questo punto di vista, ma credeva anche erroneamente di riuscire a sostanziare matematicamente la sua opinione.

Negli anni '30, un giovane astrofisico indiano, Chandrasekhar, dimostrò che una stella che ha esaurito il suo combustibile nucleare perde il suo guscio e si trasforma in una nana bianca che si raffredda lentamente solo se la sua massa è inferiore a 1,4 masse solari. Ben presto, l'americano Fritz Zwicky intuì che corpi estremamente densi di materia di neutroni si formavano nelle esplosioni di supernova; Più tardi, Lev Landau è giunto alla stessa conclusione. Dopo il lavoro di Chandrasekhar, era ovvio che solo stelle con una massa maggiore di 1,4 masse solari potevano subire una tale evoluzione. Pertanto, è sorta una domanda naturale: esiste un limite di massa superiore per le supernove che le stelle di neutroni si lasciano alle spalle?

Alla fine degli anni '30, il futuro padre della bomba atomica americana, Robert Oppenheimer, stabilì che tale limite esiste davvero e non supera diverse masse solari. Non è stato quindi possibile dare una valutazione più precisa; ora è noto che le masse delle stelle di neutroni devono essere comprese tra 1,5 e 3 Ms. Ma anche dai calcoli approssimativi di Oppenheimer e del suo dottorando George Volkov, ne consegue che i discendenti più massicci delle supernove non diventano stelle di neutroni, ma entrano in un altro stato. Nel 1939, Oppenheimer e Hartland Snyder dimostrarono in un modello idealizzato che una massiccia stella in collasso si contrae rispetto al suo raggio gravitazionale. Dalle loro formule, infatti, ne consegue che la star non si ferma qui, ma i coautori si sono astenuti da una conclusione così radicale.

09.07.1911 - 13.04.2008

La risposta finale è stata trovata nella seconda metà del 20° secolo dagli sforzi di una galassia di brillanti fisici teorici, compresi quelli sovietici. Si è scoperto che un tale crollo comprime sempre la stella "fino all'arresto", distruggendone completamente la sostanza. Ne deriva una singolarità, un "superconcentrato" del campo gravitazionale, chiuso in un volume infinitamente piccolo. Per un foro fisso, questo è un punto, per un foro rotante, è un anello. La curvatura dello spazio-tempo e, di conseguenza, la forza di gravità in prossimità della singolarità tendono all'infinito. Alla fine del 1967, il fisico americano John Archibald Wheeler fu il primo a chiamare buco nero un simile collasso stellare finale. Il nuovo termine si è innamorato dei fisici e ha deliziato i giornalisti che lo hanno diffuso in tutto il mondo (anche se ai francesi all'inizio non piaceva, perché l'espressione trou noir suggeriva associazioni dubbie).

La proprietà più importante di un buco nero è che, indipendentemente da ciò che vi entra, non tornerà indietro. Questo vale anche per la luce, motivo per cui i buchi neri hanno preso il nome: un corpo che assorbe tutta la luce che gli cade sopra e non emette la propria appare completamente nero. Secondo la relatività generale, se un oggetto si avvicina al centro di un buco nero a una distanza critica - questa distanza è chiamata raggio di Schwarzschild - non può mai tornare indietro. (Astronomo tedesco Karl Schwarzschild, 1873-1916) l'anno scorso della sua vita, utilizzando le equazioni della teoria della relatività generale di Einstein, calcolò il campo gravitazionale attorno a una massa di volume zero.) Per la massa del Sole, il raggio di Schwarzschild è di 3 km, cioè per trasformare il nostro Sole in un buco nero, devi condensare tutta la sua massa alle dimensioni di una piccola città!

All'interno del raggio di Schwarzschild, la teoria prevede fenomeni ancora più strani: tutta la materia in un buco nero si raccoglie in un punto infinitesimo di densità infinita al suo stesso centro - i matematici chiamano tale oggetto una singolare perturbazione. A densità infinita, qualsiasi massa finita di materia, matematicamente parlando, occupa un volume spaziale zero. Se questo fenomeno si verifica effettivamente all'interno di un buco nero, ovviamente non possiamo verificare sperimentalmente, poiché tutto ciò che è caduto all'interno del raggio di Schwarzschild non ritorna indietro.

Così, non avendo l'opportunità di "vedere" un buco nero nel senso tradizionale della parola "guardare", possiamo tuttavia rilevarne la presenza da segni indiretti dell'influenza del suo campo gravitazionale superpotente e del tutto insolito sulla materia circostante esso.

Buchi neri supermassicci

Al centro della nostra Via Lattea e di altre galassie c'è un buco nero incredibilmente massiccio milioni di volte più pesante del Sole. Questi buchi neri supermassicci (come vengono chiamati) sono stati scoperti osservando la natura del movimento del gas interstellare vicino ai centri delle galassie. I gas, a giudicare dalle osservazioni, ruotano a distanza ravvicinata dall'oggetto supermassiccio, e semplici calcoli che utilizzano le leggi della meccanica di Newton mostrano che l'oggetto che li attrae, di esiguo diametro, ha una massa mostruosa. Solo un buco nero può far ruotare il gas interstellare al centro della galassia in questo modo. In effetti, gli astrofisici hanno già trovato dozzine di buchi neri così massicci al centro delle nostre galassie vicine e sospettano fortemente che il centro di qualsiasi galassia sia un buco nero.

Buchi neri con massa stellare

Secondo la nostra attuale comprensione dell'evoluzione delle stelle, quando una stella con una massa maggiore di circa 30 masse solari muore in un'esplosione di supernova, il suo guscio esterno si separa e gli strati interni collassano rapidamente verso il centro e formano un buco nero in il luogo della stella che ha esaurito le sue riserve di carburante. È praticamente impossibile identificare un buco nero di questa origine isolato nello spazio interstellare, poiché si trova in un vuoto rarefatto e non si manifesta in alcun modo in termini di interazioni gravitazionali. Tuttavia, se un tale buco facesse parte di un sistema stellare binario (due stelle calde in orbita attorno al loro centro di massa), il buco nero avrebbe comunque un effetto gravitazionale sulla sua stella partner. Gli astronomi oggi hanno più di una dozzina di candidati per il ruolo di sistemi stellari di questo tipo, sebbene per nessuno di essi siano state ottenute prove rigorose.

In un sistema binario con un buco nero nella sua composizione, la materia di una stella "vivente" inevitabilmente "fluirà" nella direzione del buco nero. E la materia risucchiata dal buco nero girerà a spirale quando cade nel buco nero, scomparendo quando attraverserà il raggio di Schwarzschild. Avvicinandosi al confine fatale, invece, la sostanza aspirata nell'imbuto del buco nero inevitabilmente si condenserà e si riscalderà a causa delle collisioni più frequenti tra le particelle assorbite dal buco, fino a riscaldarsi alle energie di radiazione delle onde nel Gamma di raggi X dello spettro di radiazione elettromagnetica. Gli astronomi possono misurare la frequenza delle variazioni dell'intensità di raggi X di questo tipo e calcolare, confrontandola con altri dati disponibili, la massa approssimativa di un oggetto che “attira” la materia su di sé. Se la massa di un oggetto supera il limite di Chandrasekhar (1,4 masse solari), questo oggetto non può essere una nana bianca, in cui il nostro luminare è destinato a degenerare. Nella maggior parte dei casi di osservazioni osservate di tali stelle a raggi X doppi, una stella di neutroni è un oggetto massiccio. Tuttavia, ci sono stati più di una dozzina di casi in cui l'unica spiegazione ragionevole è la presenza di un buco nero in un sistema stellare binario.

Tutti gli altri tipi di buchi neri sono molto più speculativi e si basano esclusivamente sulla ricerca teorica - prove sperimentali la loro esistenza non esiste affatto. In primo luogo, si tratta di mini-buchi neri con una massa paragonabile alla massa di una montagna e compressi al raggio di un protone. L'idea della loro origine nella fase iniziale della formazione dell'Universo subito dopo il Big Bang è stata proposta dal cosmologo inglese Stephen Hawking (vedi The Hidden Principle of Time Irreversibility). Hawking ha suggerito che le esplosioni di mini-fori potrebbero spiegare il fenomeno davvero misterioso delle esplosioni cesellate di raggi gamma nell'universo. In secondo luogo, alcune teorie sulle particelle elementari prevedono l'esistenza nell'Universo - a livello micro - di un vero e proprio setaccio di buchi neri, che sono una sorta di schiuma dalla spazzatura dell'universo. Il diametro di tali micro-fori è presumibilmente di circa 10-33 cm: sono miliardi di volte più piccoli di un protone. Al momento, non abbiamo alcuna speranza per una verifica sperimentale anche del fatto stesso dell'esistenza di tali buchi neri-particelle, per non parlare, per indagare in qualche modo le loro proprietà.

E cosa accadrà all'osservatore se si trova improvvisamente dall'altra parte del raggio gravitazionale, altrimenti chiamato orizzonte degli eventi. Qui inizia la proprietà più sorprendente dei buchi neri. Non invano, parlando di buchi neri, abbiamo sempre menzionato il tempo, o meglio lo spazio-tempo. Secondo la teoria della relatività di Einstein, più veloce si muove un corpo, maggiore diventa la sua massa, ma più lentamente inizia a scorrere il tempo! A basse velocità in condizioni normali, questo effetto è impercettibile, ma se il corpo (astronave) si muove a una velocità prossima a quella della luce, la sua massa aumenta e il tempo rallenta! Quando la velocità del corpo è uguale alla velocità della luce, la massa gira all'infinito e il tempo si ferma! Ciò è evidenziato da rigorose formule matematiche. Torniamo al buco nero. Immagina una situazione fantastica quando un'astronave con astronauti a bordo si avvicina al raggio gravitazionale o all'orizzonte degli eventi. È chiaro che l'orizzonte degli eventi è così chiamato perché possiamo osservare qualsiasi evento (osservare qualcosa in generale) solo fino a questo confine. Che non siamo in grado di osservare questo confine. Tuttavia, trovandosi all'interno di una nave in avvicinamento a un buco nero, gli astronauti si sentiranno come prima, perché. secondo il loro orologio, il tempo andrà "normalmente". Il veicolo spaziale attraverserà con calma l'orizzonte degli eventi e si sposterà. Ma poiché la sua velocità sarà prossima a quella della luce, il veicolo spaziale raggiungerà il centro del buco nero, letteralmente, in un istante.

E per un osservatore esterno, il veicolo spaziale si fermerà semplicemente all'orizzonte degli eventi e vi rimarrà quasi per sempre! Questo è il paradosso della colossale gravità dei buchi neri. La domanda è naturale, ma rimarranno vivi gli astronauti che vanno all'infinito secondo l'orologio di un osservatore esterno. No. E il punto non è affatto nell'enorme gravitazione, ma nelle forze di marea, che in un corpo così piccolo e massiccio variano molto a piccole distanze. Con la crescita di un astronauta di 1 m 70 cm, le forze di marea alla sua testa saranno molto inferiori a quelle ai suoi piedi e sarà semplicemente fatto a pezzi già all'orizzonte degli eventi. Quindi, abbiamo scoperto in termini generali cosa sono i buchi neri, ma finora abbiamo parlato di buchi neri di massa stellare. Attualmente, gli astronomi sono riusciti a rilevare buchi neri supermassicci, la cui massa può essere di un miliardo di soli! I buchi neri supermassicci non differiscono nelle proprietà dalle loro controparti più piccole. Sono solo molto più massicci e, di regola, si trovano al centro delle galassie, le isole stellari dell'Universo. C'è anche un buco nero supermassiccio al centro della nostra Galassia (la Via Lattea). La massa colossale di tali buchi neri consentirà di ricercarli non solo nella nostra Galassia, ma anche nei centri di galassie lontane situate a una distanza di milioni e miliardi di anni luce dalla Terra e dal Sole. Scienziati europei e americani hanno condotto una ricerca globale di buchi neri supermassicci che, secondo i moderni calcoli teorici, dovrebbero trovarsi al centro di ogni galassia.

La moderna tecnologia consente di rilevare la presenza di questi collassari nelle galassie vicine, ma ne sono stati trovati pochissimi. Ciò significa che o i buchi neri si nascondono semplicemente in dense nubi di gas e polvere nella parte centrale delle galassie, oppure si trovano in angoli più distanti dell'Universo. Quindi, i buchi neri possono essere rilevati dai raggi X emessi durante l'accrescimento di materia su di essi e, per fare un censimento di tali sorgenti, sono stati lanciati nello spazio vicino alla Terra satelliti con telescopi a raggi X a bordo. Alla ricerca di sorgenti di raggi X, gli osservatori spaziali Chandra e Rossi hanno scoperto che il cielo è pieno di radiazione di fondo di raggi X ed è milioni di volte più luminoso che nei raggi visibili. Gran parte di questa emissione di raggi X di fondo dal cielo deve provenire da buchi neri. Di solito in astronomia si parla di tre tipi di buchi neri. Il primo sono i buchi neri di massa stellare (circa 10 masse solari). Si formano da stelle massicce quando esauriscono il combustibile di fusione. Il secondo sono i buchi neri supermassicci al centro delle galassie (masse da un milione a miliardi di masse solari). E infine, i buchi neri primordiali formatisi all'inizio della vita dell'Universo, le cui masse sono piccole (nell'ordine della massa grande asteroide). Pertanto, una vasta gamma di possibili masse di buchi neri rimane vuota. Ma dove sono questi buchi? Riempiendo lo spazio con i raggi X, tuttavia, non vogliono mostrare il loro vero "volto". Ma per costruire una teoria chiara della connessione tra la radiazione di raggi X di fondo ei buchi neri, è necessario conoscerne il numero. Finora, i telescopi spaziali sono stati in grado di rilevare solo un piccolo numero di buchi neri supermassicci, la cui esistenza può essere considerata provata. L'evidenza indiretta consente di portare al 15% il numero di buchi neri osservabili responsabili della radiazione di fondo. Dobbiamo presumere che il resto dei buchi neri supermassicci si nasconda semplicemente dietro uno spesso strato di nubi di polvere che consentono solo il passaggio di raggi X ad alta energia o sono troppo lontani per essere rilevati dai moderni mezzi di osservazione.

Buco nero supermassiccio (quartiere) al centro della galassia M87 (immagine a raggi X). Un jet è visibile dall'orizzonte degli eventi. Immagine da www.college.ru/astronomia

La ricerca di buchi neri nascosti è uno dei compiti principali della moderna astronomia a raggi X. Le ultime scoperte in quest'area, associate alla ricerca che utilizza i telescopi Chandra e Rossi, tuttavia, coprono solo la gamma a bassa energia della radiazione di raggi X - circa 2000-20.000 elettronvolt (per confronto, l'energia della radiazione ottica è di circa 2 elettronvolt). volt). L'European può apportare modifiche significative a questi studi telescopio spaziale"Integrale" (Integrale), che è in grado di penetrare nella regione ancora insufficientemente studiata della radiazione di raggi X con un'energia di 20.000-300.000 elettronvolt. L'importanza di studiare questo tipo di raggi X risiede nel fatto che, sebbene lo sfondo dei raggi X del cielo abbia una bassa energia, su questo sfondo compaiono più picchi (punti) di radiazione con un'energia di circa 30.000 elettronvolt. Gli scienziati devono ancora svelare il mistero di ciò che genera questi picchi e l'Integral è il primo telescopio abbastanza sensibile da trovare tali sorgenti di raggi X. Secondo gli astronomi, i fasci ad alta energia danno origine ai cosiddetti oggetti di spessore Compton, cioè buchi neri supermassicci avvolti in un guscio di polvere. Sono gli oggetti Compton che sono responsabili dei picchi di raggi X di 30.000 elettronvolt nel campo di radiazione di fondo.

Ma continuando la loro ricerca, gli scienziati sono giunti alla conclusione che gli oggetti Compton costituiscono solo il 10% del numero di buchi neri che dovrebbero creare picchi ad alta energia. Questo è un serio ostacolo all'ulteriore sviluppo della teoria. Questo significa che i raggi X mancanti non sono forniti da Compton-spessi, ma da normali buchi neri supermassicci? Allora che dire degli schermi antipolvere per raggi X a bassa energia.? La risposta sembra risiedere nel fatto che molti buchi neri (oggetti Compton) hanno avuto abbastanza tempo per assorbire tutto il gas e la polvere che li avvolgeva, ma prima avevano l'opportunità di dichiararsi con raggi X ad alta energia. Dopo aver assorbito tutta la materia, tali buchi neri non erano già in grado di generare raggi X all'orizzonte degli eventi. Diventa chiaro perché questi buchi neri non possono essere rilevati e diventa possibile attribuire al loro conto le sorgenti mancanti di radiazione di fondo, poiché sebbene il buco nero non irradi più, la radiazione da esso precedentemente creata continua a viaggiare attraverso l'Universo. Tuttavia, è del tutto possibile che i buchi neri mancanti siano più nascosti di quanto suggeriscono gli astronomi, quindi solo perché non possiamo vederli non significa che non esistano. È solo che non abbiamo abbastanza potere di osservazione per vederli. Nel frattempo, gli scienziati della NASA hanno in programma di estendere ulteriormente la ricerca di buchi neri nascosti nell'universo. È lì che si trova la parte sottomarina dell'iceberg, credono. Entro pochi mesi, la ricerca sarà effettuata nell'ambito della missione Swift. La penetrazione nell'Universo profondo rivelerà i buchi neri nascosti, troverà l'anello mancante per la radiazione di fondo e farà luce sulla loro attività nella prima era dell'Universo.

Si ritiene che alcuni buchi neri siano più attivi dei loro tranquilli vicini. I buchi neri attivi assorbono la materia circostante, e se una stella "senza spazi" che vola via entra nel volo di gravità, allora sarà sicuramente "mangiata" nel modo più barbaro (fatto a brandelli). La materia assorbita, che cade in un buco nero, viene riscaldata a temperature enormi e sperimenta un lampo nelle gamme gamma, raggi X e ultravioletti. C'è anche un buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, ma è più difficile da studiare rispetto ai buchi nelle galassie vicine o addirittura lontane. Ciò è dovuto al denso muro di gas e polvere che si intromette nel centro della nostra galassia, perché il sistema solare si trova quasi sul bordo del disco galattico. Pertanto, le osservazioni dell'attività dei buchi neri sono molto più efficaci per quelle galassie il cui nucleo è chiaramente visibile. Osservando una delle lontane galassie, situata nella costellazione di Boote a una distanza di 4 miliardi di anni luce, gli astronomi sono riusciti per la prima volta a tracciare dall'inizio e quasi fino alla fine il processo di assorbimento di una stella da parte di un buco nero supermassiccio . Per migliaia di anni, questo gigantesco collasso è rimasto tranquillamente al centro di una galassia ellittica senza nome finché una delle stelle non ha osato avvicinarsi abbastanza ad essa.

La potente gravità del buco nero fece a pezzi la stella. Coaguli di materia cominciarono a cadere nel buco nero e, una volta raggiunto l'orizzonte degli eventi, si illuminarono brillantemente nella gamma dell'ultravioletto. Questi bagliori sono stati catturati dal nuovo telescopio spaziale Galaxy Evolution Explorer della NASA, che studia il cielo alla luce ultravioletta. Il telescopio continua a osservare il comportamento dell'oggetto distinto anche oggi, perché il pasto del buco nero non è ancora finito e i resti della stella continuano a cadere nell'abisso del tempo e dello spazio. Le osservazioni di tali processi alla fine aiuteranno a capire meglio come si evolvono i buchi neri con le loro galassie progenitrici (o, al contrario, le galassie si evolvono con un buco nero progenitore). Osservazioni precedenti mostrano che tali eccessi non sono rari nell'universo. Gli scienziati hanno calcolato che, in media, una stella viene assorbita dal buco nero supermassiccio di una tipica galassia una volta ogni 10.000 anni, ma poiché esiste un gran numero di galassie, l'assorbimento stellare può essere osservato molto più spesso.

una fonte

Buchi neri misteriosi e inafferrabili. Le leggi della fisica confermano la possibilità della loro esistenza nell'universo, ma restano ancora molte domande. Numerose osservazioni mostrano che esistono buchi nell'universo e ci sono più di un milione di questi oggetti.

Cosa sono i buchi neri?

Già nel 1915, quando si risolvevano le equazioni di Einstein, fu previsto un fenomeno come i "buchi neri". Tuttavia, la comunità scientifica si interessò a loro solo nel 1967. Furono poi chiamate "stelle collassate", "stelle congelate".

Ora un buco nero è chiamato una regione del tempo e dello spazio che ha una tale gravità che nemmeno un raggio di luce può uscirne.

Come si formano i buchi neri?

Esistono diverse teorie sull'aspetto dei buchi neri, che si dividono in ipotetiche e realistiche. La teoria realistica più semplice e diffusa è la teoria del collasso gravitazionale delle grandi stelle.

Quando una stella sufficientemente massiccia prima della "morte" cresce di dimensioni e diventa instabile, consumando l'ultimo carburante. Allo stesso tempo, la massa della stella rimane invariata, ma le sue dimensioni diminuiscono man mano che si verifica la cosiddetta compattazione. In altre parole, durante la compattazione, un nucleo pesante "cade" su se stesso. Parallelamente, la compattazione porta a un forte aumento della temperatura all'interno della stella e gli strati esterni del corpo celeste vengono strappati, da cui si formano nuove stelle. Allo stesso tempo, al centro della stella, il nucleo cade nel proprio "centro". Come risultato dell'azione delle forze gravitazionali, il centro collassa in un punto, cioè le forze gravitazionali sono così forti da assorbire il nucleo compattato. Nasce così un buco nero, che inizia a distorcere lo spazio e il tempo, tanto che nemmeno la luce può sfuggirgli.

Al centro di tutte le galassie c'è un buco nero supermassiccio. Secondo la teoria della relatività di Einstein:

"Qualsiasi massa distorce lo spazio e il tempo".

Ora immagina quanto un buco nero distorce il tempo e lo spazio, perché la sua massa è enorme e allo stesso tempo compressa in un volume ultra piccolo. A causa di questa capacità, si verifica la seguente stranezza:

“I buchi neri hanno la capacità di fermare praticamente il tempo e comprimere lo spazio. A causa di questa forte distorsione, i buchi diventano per noi invisibili”.

Se i buchi neri non sono visibili, come facciamo a sapere che esistono?

Sì, anche se un buco nero è invisibile, dovrebbe essere evidente a causa della materia che vi cade. Oltre al gas stellare, che è attratto da un buco nero, quando si avvicina all'orizzonte degli eventi, la temperatura del gas inizia a salire a valori ultra elevati, il che porta a un bagliore. Ecco perché i buchi neri brillano. Grazie a questo, sebbene un debole bagliore, astronomi e astrofisici spiegano la presenza al centro della galassia di un oggetto di piccolo volume, ma di massa enorme. Al momento, a seguito di osservazioni, sono stati scoperti circa 1000 oggetti che hanno un comportamento simile ai buchi neri.

Buchi neri e galassie

In che modo i buchi neri possono influenzare le galassie? Questa domanda tormenta gli scienziati di tutto il mondo. C'è un'ipotesi secondo cui siano i buchi neri situati al centro della galassia a influenzarne la forma e l'evoluzione. E che quando due galassie si scontrano, i buchi neri si fondono e durante questo processo viene espulsa una tale quantità di energia e materia che si formano nuove stelle.

Tipi di buchi neri

Secondo la teoria esistente, esistono tre tipi di buchi neri: stellari, supermassicci, in miniatura. E ognuno di loro è stato formato in modo speciale.
- Buchi neri di massa stellare, cresce fino a dimensioni enormi e collassa.
- È molto probabile che al centro di quasi tutte le galassie, compresa la nostra, esistano buchi neri supermassicci, che possono avere una massa equivalente a milioni di soli via Lattea. Gli scienziati hanno ancora diverse ipotesi per la formazione di buchi neri supermassicci. Finora, si sa solo una cosa: i buchi neri supermassicci sono un sottoprodotto della formazione delle galassie. Buchi neri supermassicci: differiscono da quelli ordinari in quanto hanno dimensioni molto grandi, ma una densità paradossalmente bassa.
- Nessuno è ancora stato in grado di rilevare un buco nero in miniatura che avrebbe una massa inferiore al Sole. È possibile che i buchi in miniatura si siano formati poco dopo il "Big Bang", che è l'esatta esistenza iniziale del nostro universo (circa 13,7 miliardi di anni fa).
- Più recentemente, è stato introdotto un nuovo concetto come "buchi neri bianchi". Questo è ancora un ipotetico buco nero, che è l'opposto di un buco nero. Stephen Hawking ha studiato attivamente la possibilità dell'esistenza di buchi bianchi.
- Buchi neri quantistici - esistono finora solo in teoria. I buchi neri quantistici possono formarsi quando particelle ultra piccole entrano in collisione a seguito di una reazione nucleare.
- Anche i buchi neri primordiali sono una teoria. Si sono formati subito dopo l'evento.

Attualmente ce ne sono un gran numero domande aperte che devono ancora ricevere una risposta dalle generazioni future. Ad esempio, possono esistere davvero i cosiddetti "wormhole" con i quali è possibile viaggiare nello spazio e nel tempo. Cosa succede esattamente all'interno di un buco nero e a quali leggi obbediscono questi fenomeni. E che dire della scomparsa delle informazioni in un buco nero?