Загадки дыры что это



Темная загадка

Что мы знаем о черных дырах? С точки зрения математики черные дыры — это решения уравнений Эйнштейна. Как известно еще из теории Ньютона, сила гравитационного притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния. И если массивный объект очень компактный, то вблизи него гравитационное поле столь сильное, что даже свет не может от него улететь. Это и есть черная дыра.

Еще несколько лет назад черные дыры являлись гипотетическими объектами, и некоторые ученые высказывали сомнения в их существовании. Но положение дел сильно изменилось после того, как в 2016 году было объявлено о первом случае прямой регистрации гравитационных волн гравитационно-волновым телескопом-интерферометром LIGO. Произошло это через 100 лет после предсказания существования гравитационных волн Альбертом Эйнштейном. Источниками наблюдавшихся гравитационных волн являлись черные дыры. Сейчас телескопы LIGO и Virgo зарегистрировали уже множество всплесков гравитационных волн, возникших при столкновении двух черных дыр или черной дыры и нейтронной звезды в двойных системах.

Еще один мощный аргумент в пользу существования черных дыр дало наблюдение так называемой тени черной дыры в галактике M87 с помощью «Телескопа горизонта событий» — глобальной сети радиотелескопов, разбросанных по всей Земле и работающих как единое целое.

Что такое тень черной дыры? По сути это то же, что и обычная тень. Если источник света расположен за черной дырой, то она будет поглощать фотоны и мы увидим темное пятно — тень, окруженную светящимся кольцом. Тень черной дыры ненамного больше ее размера, поэтому наблюдение тени подтвердило, что центральный сверхмассивный объект в галактике M87 по своим свойствам действительно соответствует черной дыре. Есть и другие аргументы в пользу существования во Вселенной черных дыр.

Как образуются черные дыры? Часть событий, которые наблюдают LIGO и Virgo, а возможно и все эти события, объясняются черными дырами и нейтронными звездами звездного происхождения. Эти объекты образуются при взрывах массивных звезд. В одной только нашей Галактике таких черных дыр должно быть сотни миллионов. Их массы всего в несколько раз или в несколько десятков раз больше массы Солнца. В центрах галактик, как в уже упомянутой галактике M87, находятся сверхмассивные черные дыры с массами до десятка миллиардов масс Солнца. Например, в центре нашей Галактики находится черная дыра с весьма скромной массой в 4 млн масс Солнца. Сверхмассивные черные дыры могли образовываться иными путями, чем звездные черные дыры. Они могли рождаться при сжатии очень массивных газовых облаков или за счет других процессов.

Выше мы упоминали возможные астрофизические механизмы образования черных дыр. Но ученые выдвинули гипотезы, что черные дыры могли образовываться и на очень ранних стадиях эволюции Вселенной, когда никаких звезд и галактик еще не было. Такие черные дыры сейчас называют первичными черными дырами. Впервые гипотеза о первичных черных дырах была сформулирована в 1966 году советскими учеными Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым. Зельдович и Новиков опубликовали свою работу в советском «Астрономическом журнале».

Несколько лет спустя Стивен Хокинг предложил похожую модель. И сейчас многие зарубежные ученые считают Хокинга первопроходцем в этом вопросе и ссылаются именно на его работу, хотя первыми были Зельдович и Новиков.

Ситуация в некоторой степени похожа на историю изобретения радио: западный мир считает изобретателем радио итальянца Гульельмо Маркони, американцы — Николу Теслу, а в России авторство признают за россиянином Александром Поповым.

Пока неизвестно достоверно, существуют ли первичные черные дыры. Но если они существуют, то они могут объяснять ряд нерешенных проблем в космологии и астрофизике. Например, загадочная темная материя может состоять из первичных черных дыр. Среди гравитационных всплесков, наблюдавшихся LIGO и Virgo, есть такие, которые сгенерированы черными дырами, имевшими малые угловые моменты (скорости вращения). Но при взрывах сверхновых звезд должны возникать черные дыры с большими угловыми моментами. Это противоречие могут разрешить первичные черные дыры, если их слияния и наблюдались LIGO и Virgo, так как у первичных черных дыр угловые моменты малы. Черные дыры в центрах галактик могут поглощать вещество, и при этом генерируется мощное излучение — такие объекты видны на очень больших расстояниях как квазары. Большое расстояние соответствует очень давним временам, так как свету потребовались миллиарды лет, чтобы дойти до нас от квазара. Пока неизвестно, как в столь ранней Вселенной могли появиться сверхмассивные черные дыры. Ответом могут служить первичные черные дыры, которые образовались очень рано. Как видим, первичные черные дыры могли бы многое объяснить, решить ряд проблем. Но надо отметить, что все же пока неизвестно, существуют они или нет.

В современной космологии есть ряд интересных нерешенных проблем. Одна из них — проблема Hubble tension. На русский это можно перевести как «напряженность или несогласованность в измерениях постоянной Хаббла». Постоянная Хаббла — величина, характеризующая скорость, с которой расширяется Вселенная. Она постоянна в том смысле, что одинакова во всех направлениях, и она рассматривалась как константа в математической зависимости скорости удаления галактик от расстояний до них. Но сейчас известно, что постоянная Хаббла не совсем постоянная, она медленно изменяется во времени.

Некоторые группы ученых определяют постоянную Хаббла по эффектам в ранней Вселенной, а другие — по эффектам в поздней Вселенной. И, что удивительно, у них получаются разные величины постоянной Хаббла! В случае ранней Вселенной величину постоянной Хаббла получают из наблюдений флуктуаций реликтового излучения, а в поздней Вселенной — по цефеидам и сверхновым типа Ia (взрывающимся белым карликам — особым типам звезд). Период пульсации звезды-цифеиды связан с яркостью, а наблюдаемая светимость зависит от расстояния, на котором от нас находится звезда. Ученые сначала определяют расстояние до звезды-цифеиды, а потом связывают ее со сверхновыми Ia и таким путем строят шкалу космических расстояний. И с помощью этой шкалы находят постоянную Хаббла. И вот эти два метода дали результаты, которые отличаются на 5%.

Еще:  Тайны и загадки озер

Почему имеется расхождение между двумя методами измерений постоянной Хаббла — это загадка. Впервые эту проблему ясно сформулировали академик РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Игорь Ткачев и его коллеги Зураб Бережиани (Университет Аквилы, Италия) и Александр Долгов (Новосибирский университет) в работе, которая была опубликована в журнале Physical Review D в 2015 году. Они же предложили и первую теоретическую возможность решения проблемы Hubble tension. В их модели различие в измерениях постоянной Хаббла возникает за счет распада частиц темной материи. Постоянная Хаббла зависит от общей плотности вещества и излучения во Вселенной. Если часть частиц распалась и превратилась в излучение, то постоянная Хаббла уменьшалась со временем быстрее, чем в случае без распадов, так как плотность излучения при расширении Вселенной уменьшается быстрее, чем плотность вещества.

К настоящему времени предложено уже множество возможных решений проблемы Hubble tension, но пока неизвестно, какое из них является правильным и не может ли эта проблема решаться каким-то иным, неизвестным пока путем. В статье старшего научного сотрудника Института ядерных исследований РАН Юрия Ерошенко, опубликованной в международном журнале Physics of the Dark Universe («Физика темной Вселенной»), предложен еще один вариант решения этой проблемы. Гипотеза основана на предположении о существовании первичных черных дыр с малыми массами (от миллионной до тысячной доли массы Земли). Автор предположил, что первично эти черные дыры были собраны в компактные скопления, где они часто сталкивались между собой. При столкновениях несколько процентов массы черных дыр было излучено в гравитационные волны, которые ведут себя во Вселенной как излучение. Плотность энергии гравитационных волн уменьшается быстрее, чем плотность обычного вещества. Масса Вселенной стала меньше примерно на 10% из-за того, что часть массы первичных черных дыр перешла в гравитационные волны. Так же как и в модели с распадающимися частицами, это может объяснить разную величину постоянной Хаббла по измерениям в ранней и в современной Вселенной.

Критерием истины в науке является опыт: эксперимент и наблюдения. Существуют или нет во Вселенной первичные черные дыры и каким путем решается проблема с постоянной Хаббла, покажут будущие высокоточные наблюдения с помощью новых телескопов и детекторов.

Источник

7 загадок чёрных дыр, которые ставят в тупик астрономов и физиков

Одним из самых загадочных явлений во Вселенной уже полсотни лет остаются черные дыры. Мы точно не знаем, откуда они взялись и зачем они нужны, однако ученые твердо уверены: решение загадки черных дыр станет тем днем, когда человечество подчинит себе весь космос. Пока же физики могут только предполагать, зачем именно эти невероятные образования «пожирают» звезды и как им удается изменять время.

Творцы Черные дыра создают новые вселенные. Скорее всего. Такую теорию активно продвигают физики в последний год, а первым эту странную идею высказал Стивен Хокинг. Дело в том, что сингулярность черных дыр нарушает существующие физические законы, а значит их деятельность регулируется в других вселенных. Тех, которые сами дыры и порождают.

Исчезновение Ученые не могут понять, как именно пропадают черные дыры. Тот же Хокинг еще в 1974 году выяснил, что со временем черная дыра пропадает в окружающем пространстве — но куда она девается никто не понимает.

Замедление времени Еще одна необъяснимая особенность этих странных космических образований заключается в их способности замедления течения самого времени. Теоретически, у самого горизонта событий черной дыры время для космонавта будет двигаться так быстро, что он может переместиться в будущее.

Контроль населения Формирование звезды происходит, когда остывает газовое облако. Но излучение черной дыры не дает облакам остывать и тем самым регулирует количество существующих во вселенной звезд. Физики считают, что в этом и может быть практическое назначение черных дыр.

Они громкие В конце 2003 года астрономы «услышали» странный шум, исходящий от огромной черной дыры в 250 миллионах световых лет от нас. Сейчас предполагается, что черная дыра издает звуки, преобразовывая вещество в энергию.

Источник энергии Самые смелые физики утверждают, что когда-нибудь человечество научится использовать черные дыры в качестве неиссякаемого источника энергии. Преобразование атомов в субатомные частицы и в самом деле выделяет в пятьдесят раз больше энергии, чем известный нам ядерный синтез.

Игра в бисер Наш мир немного напоминает конструкторы Lego: все в нем создано из одних и тех же деталей — атомов. Но без черных дыр, которые буквально разбирают материю на составные части, не было бы и субатомных элементов, из которых рождаются звезды. По сути, черная дыра — господь бог в интерпретации физиков.

Источник

Загадка дыры: ученые займутся изучением таинственных провалов на море

С высоты птичьего полета Земля кажется идеально круглой но, на самом деле, на ней очень много различных гор и впадин. Ученые уже довольно хорошо изучили вулканы и водные глубины, но некоторые участки нашей родной планеты до сих пор остаются неизведанными. К таким местам можно отнести так называемые «голубые дыры» — подводные пещеры и вертикальные углубления, которые были образованы миллионы лет назад. На фотографиях они выглядят как темно-синие круги неподалеку от побережий материков. Так как они находятся под водой, их изучение до сих пор дается ученым с большим трудом. Однако, совсем скоро американские исследователи начнут исследование одних из самых загадочных дыр, расположенных на побережье штата Флорида. Что же они могут обнаружить на глубине в несколько сотен метров?

Еще:  Загадка горшочек маленький кашка сладенькая горшочек

Самая высокая гора в мире — Джомолунгма, высотой 8848 метров. Самое глубокое место на Земле — Марианская впадина, глубиной 10 028 метров.

Что такое голубая дыра?

Несмотря на то, что «голубые дыры» трудно поддаются изучению, о них уже известно несколько интересных фактов. По мнению ученых, эти впадины были образованы во времена ледникового периода, когда уровень воды на нашей планете был ниже на 100-120 метров, чем сейчас. Под воздействием проливных дождей, рыхлые известковые породы вымывались и на их местах образовывались глубокие ямы. После ледникового периода, некогда сухая земля снова оказывалась под водой. В результате этих природных процессов и образовывались эти самые загадочные дыры.

На фото: голубая дыра на территории государства Белиз

Их не стоит путать с сенотами — провалами, которые образовались при обрушении сводов известняковых пещер с подземными водами. Таких природных образований особенно много на полуострове Юкатан, на территории которой когда-то давно проживали представители народа майя. Цивилизация, история которой до сих пор окутана тайнами, использовала эти образования для жертвоприношений. Считалось, что эти впадины являются вратами в царство мертвых а вода в них обладает магическими свойствами. Так вот, сеноты расположены на суше, а «голубые дыры» находятся под водой и труднодоступны.

Сеноты являются любимыми местами многих туристов

Разнообразие животных

По мнению ученых, в этих провалах могут обитать неизвестные науке живые существа. Ведь многие рыбы вполне могут жить и в условиях с высоким давлением и отсутствием солнечных лучей. Если не верите, почитайте мой материал о самых страшных рыбах нашей планеты — возможно, в загадочных дырах обитают именно такие монстры. А если дать волю фантазии, можно и предположить, что в таинственных «норах» обитают существа, которые на данный момент считаются сказочными.

А что, древние жители Китая были уверены, что в голубой дыре вблизи Парасельских островов живет самый настоящий дракон. По легенде, он является повелителем подводного царства и однажды дал наделенной сверхспособностями обезьяне волшебную палочку. По оценкам ученых, так называемая «Дыра Дракона» имеет глубину около 300 метров. Но никаких сказочных существ в ней обнаружено не было — в верхней части обитает около 20 разновидностей живых организмов, а на глубине более 100 метров никого нет. А все потому, что там ученые вообще не обнаружили кислорода.

Возможно, прозвучит пошло, но это — «Дыра Дракона»

Исследование морских глубин

Впадина вблизи Парасельских островов уже довольно хорошо изучена, но подобных объектов на нашей планете еще полно. Взять, к примеру, дыру под названием «Зеленый банан», который расположен на побережье американского штата Флорида. Ее глубина оценивается в 130 метров и туда явно не стоит погружаться без специального снаряжения. В связи с этим, группа из нескольких научных организаций США решила провести экспедицию с участием профессиональных аквалангистов. Они попробуют выяснить, какие живые организмы живут в этих водах, а также измерить количество содержащихся в ней питательных веществ. По данным научного издания Science Alert, миссия будет проведена уже в августе 2020 года.

В яму «Амберджек» люди уже погружались — так выглядит вид из глубины

Если все пройдет гладко, в следующем году исследователи хотят погрузиться в глубины ямы «Амберджек», которая тоже расположена у берегов Флориды. Она чуть меньше вышеупомянутого «Зеленого банана» — ее глубина оценивается примерно в 72 метра. По мнению представителей Национального управления океанических и атмосферных исследований, которое является главным спонсором исследования, эти углубления могут быть полны всевозможных животных. Например, в них могут обитать моллюски, морские черепахи и даже акулы.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

А самым глубоким местом на Земле по-прежнему является Марианская впадина глубиной 10 028 метров. Недавно в ее глубинах были обнаружены ядовитые для людей вещества — об этом можно почитать в отдельном материале.

Источник

Ученые «МИФИ» связали первичные черные дыры с червоточинами в соседние вселенные

Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» предложили решение загадки происхождения первичных черных дыр, которые должны образовываться не при коллапсе массивных звезд, а из сверхплотной материи на ранней стадии существования Вселенной. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review D. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе на сайте Годнауки.рф.

Российские исследователи рассмотрели одну из моделей, согласно которой массивные первичные черные дыры возникают в результате коллапса замкнутых доменных стенок — гипотетических границ между доменами, появляющимися при эволюции поля, связанного с аксионоподобной частицей (ALP). Аксионоподобные частицы представляют собой семейство аксионов с широко варьирующими свойствами и призваны объяснить сильную проблему CP-нарушения в физике фундаментальных частиц.

Домены, связанные с ALP-полем, существовали в период очень быстрого расширения (инфляции) Вселенной. Оказалось, что модель коллапса таких доменов не противоречит данным, полученным консорциумом астрономов NANOGrav при наблюдениях за гравитационными волнами. Как пишут авторы работы, эволюция достаточно больших замкнутых доменных стенок может завершиться формированием червоточин, уходящих в дочерние вселенные. Такая червоточина, в свою очередь, может выступать в качестве массивной первичной черной дыры, возникшей тогда, когда еще не было звезд.

Еще:  Загадка про жирафа английская

Сильной проблемой CP-нарушения называют феномен, заключающийся в отсутствии нарушения CP-симметрии в квантовой хромодинамике (КХД), которая описывает сильные взаимодействия между элементарными частицами. CP-симметрия, также называемая комбинированной четностью, постулирует сохранность (инвариантность) физических законов при замене частицы на соответствующую античастицу и одновременной замене рассматриваемой системы на ее зеркальное отображение. При этом известно, что CP-симметрия нарушается при электрослабых взаимодействиях. В КХД отсутствие нарушения, согласно теории Печчеи-Квинн, обеспечивается динамическим полем, которому соответствует частица аксион.

Источник

Загадки дыры что это

2013-01-21 в 22:36 В пустынной местности штата Невада (юго-запад США) находится провал в земле, а в нём — подземный водоём. Глубину его измерить не удалось до сих пор, несмотря на все попытки. Согласно индейской легенде, по ночам из провала выходит злой дух и убивает всех, кто находится поблизости…

Этот уникальный сверхглубокий провал размерами 1,8 на 5,5 метра, находящийся в национальном парке с многозначительным названием Долина Смерти, местные жители называют Дырой Дьявола и избегают к нему приближаться. А коренные обитатели этих мест — индейцы племени пайюто — утверждают, что если уснёшь возле Дыры, то никогда не проснёшься. По их легендам, по ночам из Дыры вылезает злой дух.

Учёные начали изучать провал относительно недавно, после нескольких доказанных случаев резкого ухудшения самочувствия у людей вблизи него. По данным геологов, пещера была сформирована около 500 тысяч лет назад. Обследования отложений на её стенках позволяют утверждать, что виновниками отрицательного воздействия на людей являются не злые духи, а выбросы метана из водоёма в глубине шахты. Откуда там берётся метан — объяснить специалисты пока затрудняются. «Для начала необходимо изучить, что именно содержится в глубине водоёма и какие там происходят процессы», — говорит учёный из Денверского института Джон Рокстоун.

А процессы, как утверждают исследователи, происходят в высшей степени странные. Начать с того, что газы выходят из Дыры Дьявола не постоянно. Закономерность в их появлениях установить пока не удаётся. По словам индейских шаманов, «злой дух чувствует, когда возле Дыры есть кто-то, кого можно задушить, и тогда он выходит из своего логова. В остальное время он дремлет под землёй».

Бездонная пропасть, наполненная водой

Среднее расстояние до воды в водоёме — 91 метр. Среднее потому, что уровень воды в водоёме колеблется, причём довольно существенно. Судя по некоторым данным, эти приливы и отливы зависят от гравитационного воздействия Луны.

Температура воды в водоёме — около 33 градусов по Цельсию. Первая попытка измерить глубину была предпринята в начале ХХ века. Результата она не дала. Но и более основательная попытка 1999 года закончилась тем же. Конец металлического троса за что-то зацепился, видимо попав в расщелину, и с ним пришлось расстаться. Та же судьба постигла и второй спущенный трос. Подобный итог измерений выглядит до того обескураживающе, что прошёл слух, будто на дне водоёма обитает какое-то крупное животное, оно-то и препятствует исследователям в их работе.

Похоже, ничего не остаётся, как поверить индейским легендам о живущем в Дыре злом духе и о том, что Дыра действительно тянется до самой преисподней…

Погружение во тьму

В 1999 году в водоём была спущена управляемая телекамера, а с ней — мощные прожекторы. Специалисты, которые проводили съёмки, от комментариев воздерживались, поэтому в прессе об этом сообщалось глухо. Только через четыре года журналистам удалось узнать подробности у участников того эксперимента.

На глубине примерно 80 метров стены подводного колодца начали расширяться. Ещё через сто метров водоём стал настолько обширным, что стен вообще не удавалось разглядеть.

На отметке примерно в 220 метров по необъяснимой причине отключились прожекторы. Дальнейшая работа кинокамеры проходила в темноте.

На глубине 230 метров камеру начало крутить и качать из стороны в сторону, словно она попала в водоворот. Когда её стали поднимать, она в течение 15 секунд фиксировала шедшее откуда-то снизу голубоватое свечение.

«Не исключено, что в насыщенной метаном тёплой воде могут существовать какие-то формы жизни, неизвестные нам, — считает профессор Рокстоун. — Наверняка в водоёме есть геотермальные выходы, а значит, вероятность найти там жизнь весьма высока. Однако глубина и рельеф шахты таковы, что её изучение сопряжено с большими техническими трудностями. Но оно и обещает многое».

Аномальная зона

Большинство учёных сходится во мнении, что невадский провал — это участок древней трещины в литосферной плите, где части плиты немного отошли друг от друга.

В районах подобных трещин чаще, чем в других местах, наблюдаются призраки, шаровые молнии, НЛО, исчезновения людей, сдвиги во времени и тому подобные феномены, утверждают специалисты по аномальным явлениям. Возможно, именно наличие литосферной трещины, уходящей на большую глубину, является причиной частых появлений над невадской пустыней НЛО. Причём настолько частых, что это привело к созданию здесь знаменитой сверхсекретной «Зоны 51», где, по сообщениям прессы, хранятся обломки разбившихся инопланетных аппаратов и тела пришельцев.

Источник