трусики женские украина

На головну

 Чорні діри всесвіту - Астрономія

Реферат на тему:

"Чорні діри Всесвіту"

Владивосток

2000

Зміст:

Чорні діри всесвіту _____________________________ 3

Гіпотези і парадокси ______________________________ 6

Висновок _______________________________________ 14

Список використаної літератури _________________ 15

Чорні діри всесвіту

У цьому явищі, здавалося, міститься стільки нез'ясовного, майже містичного, що навіть Альберт Ейнштейн, чиї теорії, по суті справи, породили уявлення про чорні діри, сам просто не вірив в їх існування. Сьогодні астрофізики все більше переконуються, що чорні діри - це реальність.

Математичні розрахунки показують - невидимі гіганти є. Чотири роки тому група американських і японських астрономів направила свій телескоп на сузір'я Гончих Псів, на що знаходиться там спіральну туманність М106. Ця галактика віддалена від нас на 20 мільйонів світлових років, але її можна побачити навіть за допомогою аматорського телескопа. Багато хто вважав, що вона така ж, як і тисячі інших галактик. При уважному вивченні виявилося, що у туманності М106 є одна рідкісна особливість - в її центральній частині існує природний квантовий генератор - мазер. Це газові хмари, в яких молекули завдяки зовнішньої «накачуванні» випромінюють радіохвилі в мікрохвильовій області. Мазер допомагає точно визначити своє місце розташування і швидкість хмари, а в підсумку - і інших небесних тіл.

Японський астроном Макото Міоніс і його колеги під час спостережень туманності М106 виявили дивну поведінку її космічного мазера. Виявилося, що хмари обертаються навколо якогось центру, віддаленого від них на 0,5 світлового року. Особливо заінтригувала астрономів особливість цього обертання: периферійні шари хмар переміщалися на чотири мільйони кілометрів на годину! Це говорить про те, що в центрі зосереджена гігантська маса. За розрахунками вона дорівнює 36 мільйонам сонячних мас.

М106 - не єдина галактика, де підозрюється чорна діра. У туманності Андромеди, швидше за все, теж є і приблизно така ж за масою - 37 мільйонів Сонць. Передбачається, що і в галактиці М87 - надзвичайно інтенсивному джерелі радіовипромінювання - виявлена ??чорна діра, в якій зосереджено 2 мільярди мас Сонця! Рис. 1 Галактика М87

Лише вісник радіохвиль може бути чорною дірою, ще не повністю закритою «капсулою» викривленого простору. Радянський фізик Яків Зельдович і його американський колега Едвін Солпітер повідомили про розроблену ними моделі. Модель показала: чорна діра притягує газ з навколишнього простору, і спочатку він збирається в диск біля неї. Від зіткнень часток газ розігрівається, втрачає енергію, швидкість і починає по спіралі наближатися до чорної діри. Газ, нагрітий до декількох мільйонів градусів, утворює вихор, що має форму воронки. Його частинки мчать зі швидкістю 100 тисяч кілометрів на секунду. Зрештою вихор газу доходить до «горизонту подій» і навічно зникає в чорній дірі.

Мазер в галактиці М106, про який йшла мова на самому початку, знаходиться в газовому диску. Чорні діри, що виникають у Всесвіті, судячи з того, що спостерігали американські і японські астрономи в спіральної туманності М106, володіють незрівнянно більшою масою, ніж ті, про які говорить теорія Оппенгеймера. Він розглянув випадок колапсу однієї зірки, маса якої не більше трьох сонячних. А як утворюються такі гіганти, які астрономи вже спостерігають, пояснень поки немає.

Останні комп'ютерні моделі показали, що газова хмара, що знаходиться в центрі народжується галактики, може породити величезну чорну діру. Але можливий і інший шлях розвитку: скупчення газу спочатку розпадається на безліч боле дрібних хмар, які дадуть життя великому числу зірок. Однак і в тому, і в іншому випадку частина космічного газу під дією власної гравітації зрештою закінчить свою еволюцію у вигляді чорної діри.

За цією гіпотезою чорна діра є майже в кожній галактиці, в тому числі і в нашій, десь в центрі Чумацького Шляху.

Спостереження так званих систем подвійних зірок, коли в телескоп видно лише одна зірка, дають підставу вважати, що невидимий партнер - чорна діра. Зірки цієї пари розташовані так близько одна до одної, що невидима маса «висмоктує» речовина видимої зірки і поглинає його. У деяких випадках вдається визначити час обороту зірки навколо її невидимого партнера і відстань до невидимки, що дозволяє розрахувати приховану від спостереження масу.

Перший кандидат на таку модель - пара, виявлена ??на початку 70-х років. Вона знаходиться в сузір'ї Лебедя (позначена індексом Cygnus XI) і випускає рентгенівські промені. Тут обертаються гаряча блакитна зірка і, цілком ймовірно, чорна діра з масою, що дорівнює 16 мас Сонця. Інша пара (V404) має невидиму масу в 12 Рис. 2 Cygnus XI сонячних. Ще одна підозрювана пара - рентгенівський джерело (LMCX3) в дев'ять сонячних мас знаходиться у Великій Магеллановій Хмарі.

Усі ці випадки добре пояснюються в міркуваннях Джона Мішелль про «темних зірок». У 1783 році він писав: «Якщо світяться тіла обертаються навколо невидимого чогось, то ми повинні бути в змозі з руху цього обертового тіла з відомою ймовірністю зробити висновок про існування цього центрального тіла».

Гіпотези і парадокси

Загальна теорія відносності, як відомо, передбачила, що маса викривляє простір. І вже через чотири роки після опублікування роботи Ейнштейна цей ефект був виявлений астрономами. При повному сонячному затемненні, проводячи спостереження з телескопом, астрономи бачили зірки, які насправді були перекреслені краєм чорного місячного диска, що покрив Сонце. Під дією сонячної гравітації зображення зірок змістилися. (Тут вражає ще й точність вимірювання, тому що змістилися вони менше, ніж на одну тисячну градуса!)

Астрономи тепер точно знають, що під впливом «лінзи тяжіння», яку представляють собою важкі зірки і, перш за все чорні діри, реальні позиції багатьох небесних тіл насправді відрізняються від тих, що нам бачаться із Землі. Далекі галактики можуть виглядати для нас безформними і у вигляді «капсули». Це означає: тяжіння настільки велике і простір так закручено, що світло проходить по колу. Воістину там можна побачити те, що відбувається за рогом.

Уявімо абсолютно неймовірне: якийсь відважний космонавт вирішив направити свій корабель до чорної діри, щоб пізнати її таємниці. Що він побачить у цьому фантастичному подорожі?

У міру наближення до мети годинник на космічному кораблі будуть все більше і більше відставати - це випливає з теорії відносності. На підльоті до мети наш мандрівник виявиться як би в трубі, кільцем навколишнього чорну діру, але йому буде здаватися, що він летить за зовсім прямому тунелю, а зовсім не по колу. Але космонавта чекає ще більш дивне явище: потрапивши за «горизонт подій» і рухаючись по трубі, він буде бачити свою спину, свій потилицю ...

Загальна теорія відносності каже, що поняття «зовні» і «всередині» не мають об'єктивного сенсу, вони відносні також, як вказівки «наліво» або «направо», «вгору» або «вниз». Вся ця парадоксальна плутанина з напрямами дуже погано узгоджується з нашими повсякденними оцінками.

Як тільки корабель перетне кордон чорної діри, люди на Землі вже не зможуть нічого побачити з того, що там буде відбуватися. А на кораблі зупиняться годинники, всі барви будуть змішані в бік червоного кольору: світло втратить частину енергії в боротьбі з гравітацією. Всі предмети придбають дивні спотворені обриси. І, нарешті, навіть якщо ця чорна діра буде всього вдвічі важче, ніж наше Сонце, тяжіння стане настільки сильним, що і корабель, і його гіпотетичний капітан будуть витягнуті в шнурок і незабаром розірвані. Матерія, яка потрапила всередину чорної діри, не зможе протистояти силам, що тягне її до центру. Ймовірно, матерія розпадеться і перейде в сингулярні стан. Згідно з деякими уявленнями, ця розпалася матерія стане частиною якоїсь іншої Всесвіту - чорні дірки пов'язують наш космос з іншими світами.

Як і всі тіла в природі, зірки не залишаються незмінними, вони народжуються, еволюціонують, і нарешті "вмирають". Щоб простежити життєвий шлях зірок і зрозуміти, як вони старіють, необхідно знати, як вони виникають. У минулому це представлялося великою загадкою; сучасні астрономи вже можуть з великою впевненістю докладно описати шляхи, що ведуть до появи яскравих зірок на нашому нічному небосхилі.

Не так давно астрономи вважали, що на освіту зірки з міжзоряних газу і пилу потрібні мільйони років. Але в останні роки були отримані вражаючі фотографії області неба, що входить до складу Великої Туманності Оріона, де протягом кількох років з'явилося невелике скупчення зірок. На Рис.3 Велика Туманність Оріона знімках 1947р. в цьому місці була видна група з трьох звездоподобних об'єктів. До 1954р. деякі з них стали довгастими, а до 1959р. ці довгасті освіти розпалися на окремі зірки - вперше в історії людства люди спостерігали народження зірок буквально на очах цей безпрецедентний випадок показав астрономам, що зірки можуть народжуватися за короткий інтервал часу, і здавалися раніше дивними міркування про те, що зірки зазвичай виникають в групах, або зоряних скупченнях, виявилися справедливими.

Який же механізм їх виникнення? Чому за багато років астрономічних візуальних і фотографічних спостережень неба тільки зараз вперше вдалося побачити "матеріалізацію" зірок? Народження зірки не може бути винятковою подією: у багатьох ділянках неба існують умови, необхідні для появи цих тіл.

У результаті ретельного вивчення фотографій туманних ділянок Чумацького Шляху вдалося виявити маленькі чорні цятки неправильної форми, або глобули, що представляють собою масивні скупчення пилу і газу. Вони виглядають чорними, тому що не випускають власного світла і знаходяться між нами і яскравими зірками, світло від яких вони заступають. Ці газово-пилові хмари містять частинки пилу, дуже сильно поглинають світло, що йде від розташованих за ними зірок.

Якщо маса зірки в два рази перевищує сонячну, то до кінця свого життя зірка може вибухнути як наднова, але якщо маса речовини залишилося після вибуху, все ще перевершує дві сонячні, то зірка повинна стиснутися в крихітне щільне тіло, так як гравітаційні сили цілком придушують всяке Рис. 4 Народження внутрішній опір стисненню. Вчені чорної діри вважають, що саме в цей момент катастрофічний гравітаційний колапс призводить до виникнення чорної діри. Вони вважають, що із закінченням термоядерних реакцій зірка вже не може перебувати в стійкому стані. Тоді для масивної зірки залишається один неминучий шлях - шлях загального і повного стиснення (колапсу), що перетворює її в невидиму чорну діру.

У 1939р. Р. Оппенгеймер і його аспірант Снайдер в Каліфорнійському університеті (Берклі) займалися з'ясуванням остаточної долі великої маси холодного речовини. Одним з найбільш вражаючих наслідків загальної теорії відносності Ейнштейна виявилося наступне: коли велика маса починає коллапсировать, цей процес не може бути зупинений і маса стискається в чорну діру. Якщо, наприклад, не обертається симетрична зірка починає стискатися до критичного розміру, відомого як гравітаційний радіус, або радіус Шварцшильда (названий так на честь Карла Шварцшильда, якої першим вказав на його існування). Якщо зірка досягає цього радіусу, то вже не що не може перешкодити їй завершити колапс, тобто буквально замкнутися в собі. Чому ж дорівнює гравітаційний радіус? Суворе математичне рівняння показує, що для тіла з масою Сонця гравітаційний радіус дорівнює майже 3 км, тоді як для системи, що включає мільярд зірок, - галактики - цей радіус виявляється рівним відстані від Сонця до орбіти планети Уран, тобто складає близько 3 млрд. Км .

Які ж фізичні властивості «чорних дір» і як вчені припускають виявити ці об'єкти? Багато вчених роздумували над цими питаннями; отримані деякі відповіді, які здатні допомогти в пошуках таких об'єктів.

Сама назва - чорні діри - говорить про те, що це клас об'єктів, які не можна побачити. Їх гравітаційне поле настільки сильно, що якби якимось шляхом вдалося опинитися поблизу чорної діри і направити в сторону від її поверхні промінь самого потужного прожектора, то побачити цей прожектор було б не можна навіть з відстані, що не перевищує відстань від Землі до Сонця. Дійсно, навіть якщо б ми змогли сконцентрувати весь світло Сонця в цьому потужному прожекторе, ми не побачили б його, так як світло не зміг би подолати вплив на нього гравітаційного поля чорної діри і покинути її поверхню. Саме тому така поверхня називається абсолютним горизонтом подій. Вона являє собою кордон чорної діри.

Вчені відзначають, що ці незвичайні об'єкти нелегко зрозуміти, залишаючись в рамках законів тяжіння Ньютона. Поблизу поверхні чорної діри гравітація настільки сильна, що звичні ньютонівські закони перестають тут діяти. Їх слід замінити законами загальної теорії відносності Ейнштейна. Відповідно до одного з трьох наслідків теорії Ейнштейна, залишаючи масивне тіло, світло повинен відчувати червоне зміщення, так як він повинен відчувати червоне зміщення, так як він втрачає енергію на подолання гравітаційного поля зірки. Випромінювання, що приходить від щільної зірки, подібної білому карлику - супутника Сіріуса А, - лише злегка зміщується в червону область спектра. Чим щільніше зірка, тим більше це зміщення, так що від надщільної зірки зовсім не приходитиме випромінювання у видимій області спектра. Але якщо гравітаційне дію зірки збільшується в результаті її стиснення, то сили тяжіння виявляються настільки великі, що світло взагалі не може покинути зірку. Таким чином, для будь-якого спостерігача можливість побачити чорну діру повністю виключена! Але тоді природно виникає питання: якщо вона невидима, то як же ми можемо її виявити? Щоб відповісти на це запитання, вчені вдаються до майстерним хитрощів. Руффини і Уїллер досконально вивчили цю проблему і запропонували кілька способів хай не побачити, але хоча б виявити чорну діру. Почнемо з того, що, коли чорна діра народжується в процесі гравітаційного колапсу, вона повинна випромінювати гравітаційні хвилі, які могли б перетинати простір зі швидкістю світла і на короткий час спотворювати геометрію простору поблизу Землі. Це спотворення проявилося б у вигляді гравітаційних хвиль, що діють одночасно на однакові інструменти, встановлені на земній поверхні на значних відстанях один від одного. Гравітаційне випромінювання могло б приходити від зірок, що зазнають гравітаційний колапс. Якщо протягом звичайного життя зірка оберталася, то, стискаючись і стаючи все менше і менше, вона буде обертатися все швидше зберігаючи свій момент кількості руху. Нарешті вона може досягти такої стадії, коли швидкість руху на її екваторі наблизиться до швидкості світла, тобто до гранично можливої ??швидкості. У цьому випадку зірка виявилася б сильно деформованої і могла б викинути частина речовини. При такій деформації енергія могла б йти від зірки у вигляді гравітаційних хвиль з частотою близько тисячі коливань у секунду (1000 Гц).

Дж. Вебер встановив пастки гравітаційних хвиль в Аргонської національної лабораторії поблизу Чикаго і в Мерілендського університету. Вони складалися з масивних алюмінієвих циліндрів, які повинні були коливатися, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Використовувані Вебером детектори гравітаційного випромінювання реагують на високі (1660 Гц), так і на дуже низькі (1 коливання на годину) частоти. Для детектування останньої частоти використовується чутливий гравіметрія, а детектором є сама Земля. Власна частота квадрупольних коливань Землі дорівнює одному коливанню за 54 хв.

Всі ці пристрої повинні були спрацьовувати одночасно в момент, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Дійсно вони спрацьовували одночасно. Але на жаль, пастки включалися занадто часто - приблизно раз на місяць, що виглядало дуже дивно. Деякі вчені вважають, що хоча досліди Вебера і отримані ним результати цікаві, але вони недостатньо надійні. З цієї причини багато хто ставиться досить скептично до ідеї детектування гравітаційних хвиль (експерименти з детектування гравітаційних хвиль, аналогічні дослідам Вебера, пізніше були перевірені в ряді інших лабораторій і не підтвердили результатів Вебера. В даний час вважається, що досліди Вебера помилкові).

Роджер Пенроуз, професор математики Біркбекского коледжу Лондонського університету, розглянув цікавий випадок колапсу і освіти чорної діри. Він також допускає, що чорна діра зникає, а потім виявляється в інший час в якийсь інший всесвіту. Крім того, він стверджує, що народження чорної діри під час гравітаційного колапсу є важливим вказівкою на те, що з геометрією простору-часу відбувається щось незвичайне. Дослідження Пенроуза показують, що колапс закінчується утворенням сингулярності, тобто він повинен тривати до нульових розмірів і нескінченної щільності об'єкта. Останні умова дає можливість іншого всесвіту наблизитися до нашої сингулярності, і не виключено, що сингулярність перейде в цю нову всесвіт. Вона навіть може з'явитися в будь-якому іншому місці нашої власної Всесвіту.

Висновок

Деякі вчені розглядають освіту чорної діри як маленьку модель того, що, згідно прогнозам загальної теорії відносності, в кінцевому рахунку може трапитися зі Всесвітом. Загальновизнано, що ми живемо в незмінно розширюється Всесвіту, і один з найбільш важливих і насущних питань науки стосується природи Всесвіту, її минулого Рис.5 Чорна діра і майбутнього. Без сумніву, всі сучасні результати спостережень вказують на розширення Всесвіту. однак на сьогодні один з найбільш каверзних питань такий: сповільнюється чи швидкість цього розширення, і якщо так, то чи не стиснеться чи Всесвіт через десятки мільярдів років, утворюючи сингулярність. Мабуть, коли-небудь ми зможемо з'ясувати, яким шляхом слід Всесвіт, але, можливо, набагато раніше, вивчаючи інформацію, яка просочується при народженні чорних дір, і ті фізичні закони, які керують їх долею, ми зможемо передбачити остаточну долю Всесвіту.

Список використаної літератури:

1. Космос: Збірник. Науково - популярна література / Ю. І. Коптєв і С. А. Нікітін; - Л .: Дет. лит., 1987. - 223 с.

2. І. А. Климишин. Астрономія наших дней.-М.: «Наука»., 1976. - 453 с.

3. А. Н. Томілін. Небо Землі. Нариси з історії астрономії / К. Ф. Огородніков. Л., «Дет. лит. », 1974. - 334 с., іл.

4. Енциклопедичний словник юного астронома / Упоряд. Н. П. Ерпилев. - 2-е вид., - М .: Педагогіка, 1986. - 336с.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка